§ Медные литейные сплавы

Их делят на бронзы и латуни. Бронзы, в свою очередь, делят на оловянистые ( сплав меди с оловом и другими элементами) и безоловянные (специальные сплавы мели с алюминием, железом, марганцем, никелем, и другими элементами).

Латуни – это сплавы меди с цинком, кремнием, алюминием, железом, марганцем, свинцом и др.

Классификация медных литейных сплавов (по ГОСТ 5200-50).

Латунь – медный сплав, в котором преобладающим легирующим компонентом является цинк.

Бронза – всякий медный сплав за исключением латуни.

Оловянистая бронза – бронза, в которой преобладающим легирующим элементом является бронза.

Безоловянная бронза – бронза, не содержащая олова в качестве легирующего компонента.

Оловянно-фосфористая бронза – оловянная бронза, содержащая фосфор в качестве легирующего компонента.

Никелевая бронза – преобладающий компонент – Ni.

Алюминиевая бронза – преобладающий компонент – Al.

Марганцевая бронза – преобладающий компонент – Mn.

Свинцовая латунь – компонент – Pb.

Никелевая латунь – компонент – Ni.

Оловянная латунь – компонент – Sn.

Плотность 8,2-8,8 г/см³.

Температура плавления: Cu - 1083C, Zn - 419C, Sn - 232C. Температура плавления не зависит от химического состава сплава.

Литейная усадка медных сплавов для литья:

Мелкого – 1,4-1,8%

Среднего – 1,0-1,4%

Крупного – 0,8-1,2%.

Практически все литейные бронзы и латуни отливаются в землю и в кокиль.

Основное преимущество медных сплавов: высокая коррозионная стойкость в различных средах, низкие коэффициенты трения, повышенная герметичность (для некоторых сплавов).

§ Алюминиевые литейные сплавы.

Алюминиевые сплавы в соответствие с основными компонентами (основой) получили названия: силумины (Al-Si), дюралюмины (Ai-Cu-Mn), магналии (Al-Mn). В зависимости от назначения они подразделяются на литейные (20%) и деформируемые (80% от всех сплавов).

Сплавы алюминиевые литейные применяются для фасонных отливок. Выпускается 37 марок, подразделённых на 5 групп в зависимости от основы.

По химическому составу сплавы разделяются на 5 групп:

1. Сплавы на основе (Ai+Mg) – АЛ8, АЛ13

2. Сплавы на основе (Al+Si) – АЛ2, АЛ4, АЛ4В, АЛ9 и АЛ9В.

3. Сплавы на основе (Al+Cu) – АЛ7, АЛ7В, АЛ12.

4. Сплавы на основе (Al+Si+Cu) – АЛ3, АЛ3В, АЛ5, АЛ6, АЛ10В, АЛ14В и АЛ15В.

5. Сплавы на основе Al и прочие (в том числе Ni, Zn, Fe) – АЛ1, АЛ11, АЛ16В, АЛ17В, АЛ18В.

Буква «В» указывает, что отливки изготавливаются из литейных алюминиевых сплавов в чушках. Литейные свойства сплавов хорошие (хуже гр. 3 и 5). Отливки получают литьём в землю, в кокиль, под давлением, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы.

Плотность сплавов – 2,6-2,8 г/см³, температура плавления - 658С. Литейная усадка: мелкое литьё – 0,8-1,35%, среднее – 0,7-1,2%, крупное – 0,6-1,0%. Падение прочности при изменении сечения от 15 до 60 мм примерно 30%.

Обработка резанием в основном хорошая. Коррозионная стойкость удовлетворительна или понижена. Большинство отливок подвергаются термообработке: отпуску, закалке, закалке и частичному старению, закалке и полному старению до максимальной твёрдости.

§§ Способы производства литых заготовок

и их технологические характеристики.

§ Классификация способов производства заготовок.

Технологические возможности способов литья

и область их применения.

Основную массу литых деталей (95%) изготавливают в разовых песчаных формах, что объясняется универсальностью способа, возможностью получения отливок разнообразного веса и габаритов, внедрением новых технологических процессов, широкой автоматизацией и механизацией изготовления форм и стержней. Более качественные по механическим свойствам, плотности, чистоте поверхности, точности размеров и пр. литые детали получают специальными способами литья.

Выбор наиболее рационального способа изготовления литых деталей часто затруднён, т.к. одинаковые по качеству отливки, отвечающие требованиям технических условий, можно получить различными способами литья. В этом случае на первое место выдвигают технологическо-экономическую эффективность тех. процессов, которая в значительной степени зависит от серийности выпуска литых деталей, характер производства, степени его механизации и автоматизации, конструктивных особенностей литых деталей, их габаритных размеров, конфигурации, веса, материала, заданной точности, чистоты поверхности и др. факторов.

Выбранный технологический процесс должен обеспечить высокую производительность труда, экономное расходование материалов, проектирование и изготовление необходимой литейной оснастки с минимальными затратами при условии длительной эксплуатации, минимальную себестоимость готовых деталей. Следовательно, при выборе наиболее рационального способа получения литых деталей нужно учитывать всех факторов на стоимость готовой детали.

Области применения и характеристики различных способов литья:

1. «В песчаные формы» - для изготовления отливок из любых литейных сплавов, требующих применения большого количества стержней; для индивидуального и мелкосерийного производства, литья крупных отливок. В массовом и крупносерийном производстве требует высокой степени механизации. Этим способом можно получать сложные тонкостенные отливки, но пониженной точности. Большая трудоёмкость и высокая себестоимость.

2. «В оболочковые формы» - для изготовления тонкостенных отливок из любых сплавов. Способ рентабелен в серийном и массовом производстве или производстве отливок до 25-30 кг с последующим их использованием без механической обработки или с незначительной механической обработкой. Технологический процесс легко механизировать. Высокая себестоимость синтетических смол.

3. «По выплавляемым моделям» - для изготовления мелких и средних сложных отливок преимущественно из стали и специальных сплавов. Экономически целесообразно отливать детали, ранее изготавливаемые из проката или поковок и подвергаемые механической обработке, а также детали, требующие сложной механической обработки, или детали, механическая обработка которых крайне затруднена. Способ экономически целесообразен при выпуске отливок не менее 100 шт/год. Возможно получение отливок высокой точности с очень чистой поверхностью. Большая трудоёмкость и высокая себестоимость отливки.

4. «В металлические формы (кокили)» - для изготовления отливок с повышенными механическими свойствами и высокой герметичностью из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов. Изготовление толстостенных отливок, простых и средних по конфигурации, среднего веса. Рентабелен в серийном и массовом производстве при той же степени механизации, что и литьё в песчаные формы. Возможно получение отливок более высокой точности (чем при литье в песчаные формы), с меньшими припусками на механическую обработку. Трудно получить тонкостенные отливки сложной конфигурации.

5. «Под давлением» - для изготовления тонкостенных сложных по конфигурации отливок преимущественно из цветных металлов, реже из стали. Рентабелен в массовом производстве. Способ высокопроизводителен. Возможно получение отливок высокой точности с чистой поверхностью. Малая стойкость прессформ при получении отливок из сплавов с высокой температурой плавления (сталь, медные сплавы), высокая стоимость прессформ.

Чтобы судить о сложности отливок в песчаные формы существует положение, по которому все отливки разделяются на 5 групп.

1-я группа – простые отливки – в основном плоские с небольшими возвышениями, без внутренних полостей, не обрабатываются (или с одной стороны). Представители: крышки, кольца, маховики вентилей.

2-я группа – несложные отливки – отливки коробчатой или цилиндрической формы - открытые. Обрабатываются с одной или двух сторон, имеют 2-3 связанных отверстия.

3 -я группа – отливки средней сложности – открытой коробчатой формы (цилиндрические), ответственные, обработка с 2-3 прилегающих сторон, с расточкой до 5 отверстий: корпуса редукторов, задние бабки станков, суппорты и т.д.

4-я группа – сложные отливки – отливки закрытой и частично открытой формы, коробчатые, ответственного назначения. Внутренние полости сложной конфигурации с пересекающимися поверхностями (отсеками). Обрабатываются с 3-5 сторон, растачивается до 7 отверстий (основания и станины металлорежущих станков, шпиндельные головки и бабки и т.п.)

5-я группа – отливки особо сложные и уникальные – отливки закрытой коробчатой формы с большим числом внутренних сложных полостей, многоярусные, с двойными стенками, весьма ответственные и дорогие. Обработка со всех сторон, много расточки и т.п. Представители: станины и передние бабки крупных специальных металлорежущих станков, детали корпусов газовых турбин, крышки цилиндров крупных дизелей и т.д.

Каждый из способов литья характеризуется точностью и качеством получаемых отливок. Точность размеров при различных методах изготовления отливок оценивается по стандартам на «механическую обработку» (на 1967 год).

Способ изготовления	JT10	JT11	JT12/13	JT14	JT15	JT16	JT17
Литьё под давлением	+	+	+	+
По выплавляемым моделям		+	+	+
В оболочковые формы		+	+	+
В металлические формы:
Черное				+	+	+
Цветное			+	+	+
Литьё в песчаные формы:
Массовое				+	+	+	+
Серийное					+	+	+
индивидуальное						+	+

Чистота поверхности отливок, достигаемая при современных методах:

Способ изготовления	RZ max	RZ min
Литьё под давлением	80	1.6
По выплавляемым моделям	80	6.3
В оболочковые формы	40	6.3
В кокиль: чёрное литьё	80	10
цветное литьё	40	6.3
В песчаные формы	320	63

Экономически достижимая точность изготовления деталей (отливок), имеющих размеры с неуказанными допусками:

-литьё в песчаные формы: JT16, JT17;

-в кокиль, в оболочковые формы – в одной части формы: JT15;

в двух и более частях формы: JT16;

-по выплавляемым моделям – в одной части формы: JT14;

в двух и более частях формы: JT15, JT16;

-под давлением – в одной части формы: JT15;

в двух и более частях: JT15, JT16;

Рекомендуемая (ожидаемая) шероховатость заготовок, получаемых литьём:

-в песчаные формы: черные сплавы R_Z(320-160);

цветные сплавы R_Z(320-80);

-в кокиль: черные R_Z(320-40);

цветные R_Z(160-20);

-по выплавляемым моделям: цветные R_Z(80-10);

черные R_Z(80-20);

-в оболочковые формы: черные R_Z(160-40);

цветные R_Z(80-20);

-под давлением: алюминиевые и медные сплавы R_Z(40-10).

Точность размеров (их отклонения) отливок из черных металлов определяется: из серого и модифицированного чугуна по ГОСТ 1855-55, из стали по ГОСТ2009-55.

Стандартами установлены три класса точности.

Класс точности «I» назначают для отливок получаемых в постоянных формах по неразъемным размерам, для некоторых размеров отливок, изготовляемых по выплавляемым моделям, а также при затвердевании формы в модельной оснастке.

Класс точности «II» назначают для отливок, получаемых в постоянных формах, литьём по выплавляемым моделям, а также по неразъёмным размерам отливок при изготовлении разовых форм под высоким удельным давлением прессования.

Класс точности «III» назначается для отливок, получаемых по разъёмным размерам при всех способах и на всех размерах при обычной формовке разовых песчаных форм.

В соответствии с назначенным классом точности принимают способ изготовления отливки, или наоборот, класс точности назначают в зависимости от применяемого способа изготовления.

Допускаемые отклонения по размерам отливок из черных металлов как изменяемых, так и неизменяемых механической обработкой:

Класс точности	I	II	III
Размер, мм	0.2 до 5,0	0,5до 12	1 до 20

Допускаемые отклонения в «мм» по толщине необрабатываемых стенок и рёбер (до 120 мм):

	I	II	III
Чугун	0.2 до 2,5	0,4 до 4,0	0,8 до 5,0
Сталь	0,3 до 2,5	0,8 до 4,5	1,0 до 6,0

* Влияние технологических факторов на рассев

размеров отливок.

Рассев размеров отливок зависит от погрешностей, возникающих при изготовлении элементов формы, при установке стержней (металлических в кокиль – 0,2-1,2 мм, песчаных в кокиль – 0,2-1,5 мм, песчаных в песчаную форму – 0,8-3,0 мм), при соединении частей формы (металлических – 0,1-1,0 мм, песчаных – 0,2-4,0 мм, при площади разъёма формы 400-25000 см²).

Погрешности возникают также вследствие износа моделей (для металлических моделей он может быть допущен на две стороны 0,3 мм, а для деревянных – 0,5 мм); вследствие деформаций при удалении моделей при размерах отливок для всех случаев от 120 до 1250 мм (для оболочковых форм – 0,15-1,0 мм, для машинной формовки – 0,3-1,2 мм, для песчаных форм по деревянным моделям – 0,5-4,0 мм); вследствие деформаций под влиянием металлостатического напора (при напоре 35-55 см и расходе металла 6-20 кг/с для серых песчано-глинистых форм – 0,8-2,2%, для песчано-жидкостекольных – 0,2-0,7%, для сухих песчано-глинистых – 0,2-0,4%).

Погрешности также зависят от вида измерения размера отливки (от 0,007 мм при измерении микрометром и до 8 мм при измерении рулеткой), колебания величины коэффициента линейного расширения «» материала формы, температуры металла и формы при заливке, усадки металла, температуры отливки в момент извлечения из формы.

Относительное влияние различных технологических факторов на величину допуска можно выразить так: влияние модельной оснастки – 15%, расталкивание моделей – 6%, деформации в процессе сушки и при транспортировании – 14%, сборочные операции – 18%, деформация форм при заливке – 6%, усадка – 16%, коробление отливок при литье и термообработке – 12%, неточность при механической обработке – 13%.

Повышение размерной точности и обеспечение получения отливок класса точности III по ГОСТ 1855-55 требуют строгого соблюдения технологии на всех этапах производства, точной оснастки, формовки на станках, прочного крепления опок, повышенной точности моделей, причём деревянные модели следует изготовлять по 14-15 квалитету вместо 16-17 квалитета, а ещё лучше заменять их металлическими, пластмассовыми или изготовленными из специальной древесины.

Классы точности отливок в зависимости от модельной оснастки и вида формовки:

Формовка	модель	Классы точности размеров (ГОСТ 1855-55)
		Зависящих от условий сборки	Независящих от условий сборки
Ручная	Деревянная	III	II-III
Машинная	Деревянная	II-III	II
машинная	металлическая	II	I

Допуски на размеры отливок из цветных сплавов определяются межведомственной нормалью Н0.010.006, которая предусматривает установление допусков на размеры отливок из цветных металлов и сплавов с наибольшим габаритным размером до 2000 мм.

В зависимости от метода литья, габаритных размеров отливок и требуемой точности нормаль устанавливает девять групп точности. Величины допусков I и II групп точности не регламентированы (перспективные), III – применяют в особых случаях. Поля допусков на размеры отливок устанавливают симметричными для всех размеров при литье в песчаные формы, а также на следующие размеры деталей, получаемых другими видами литья: расстояния между центрами, расстояния от поверхности до оси, толщины стенок, рёбер, фланцев, глубины впадин и радиусы закруглений. На все другие размеры отливок, кроме литья в песчаные формы, устанавливаются односторонние (в тело). В технически обоснованных случаях расположение поля допуска относительно номинального размера можно изменять в соответствии с конкретными условиями, причем в этом случае допускаемые отклонения проставляют непосредственно у размера.

Метод литья	Наибольший габаритный размер отливки в мм	Точность отливки	Группа точности
Под давлением	≤50 >50	Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная	IV V V VI
По выплавляемым Моделям	≤50 >50	Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная	V VI VI VII
В кокиль и оболочковые формы	≤120 <120	Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная	VI VII VII VIII
В песчаные формы	≤500 >500	Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная	VII VIII VIII IX

«Нормальную» точность на размеры, как правило, применяют для сложных отливок.

«Повышенную» точность применяют для отливок простой формы, при литье под давлением, при литье в формах, изготовляемых на формовочных машинах по металлическим моделям и т.д.

Диапазон величин допусков по группам точности в «мм».

Номинальные размеры, «мм»	Размеры отливок (кроме толщин стенок, ребер и т.д.)
	Выполненные в одной части формы	Выполненные в двух и более частях формы
	III группы точности
До 120	0,04 до 0,14	0,06 до 0,53
	IV группы точности
До 180	0,10 до 0,26	0,16 до 0,53
	V группы точности
До 360	0,12 до 0,8	0,20 до 1,2
	VI группы точности
До 630	0,2 до 1,6	0,30 до 2,4
	VII группы точности
До 1600	0,4 до 5,0	0,6 до 8,0
	VIII группы точности
До 2000	0,8 до 9,0	1,6 до 14,0

Междуведомственная нормаль НО.010.006 имеет преимущественное распространение между промышленными предприятиями. Для предприятий приборостроения существует нормаль НРО.010.082, в ней 7 классов точности (от Лт1 до Лт7) применительно к размерам: необрабатываемых длин – «Д» (ДЛт4), толщин – «Т» (ТЛт4), между поверхностями – М (МЛт5), радиусов закруглений – Р (РЛт6).