3.Сутність ливарного виробництва. Класифікація ливарного об­ладнання. Обладнання для спеціальних методів литва.

Ливарним виробництвом називають процеси одержання фасонних виробів (виливків) шляхом заливання розплавленого металу в порожню форму, що відтворює форму й розміри майбутньої деталі. Після затвердіння металу у формі виходить виливок - заготівля або деталь. Виливка широко застосовують у машинобудуванні, металургії й будівництві.

Можна одержувати виливки різної маси (від декількох грамів до сотень тонн), простій і складна форма із чавуну, сталі, сплавів міді й алюмінію, цинку й магнію й т.д. Особливо ефективне застосування виливків для одержання фасонних виробів складної конфігурації, які неможливо або економічно недоцільно виготовляти іншими методами обробки металів (тиском, зварюванням, різанням), а також для одержання виробів з малопластичних металів і сплавів.

При всій розмаїтості прийомів лиття, що зложилися за тривалий період розвитку його технології, принципова схема технологічного процесу лиття практично не змінилася за більш ніж 70 століть його розвитку й включає чотири основних етапи: плавку металу, виготовлення форми, заливання рідкого металу у форму, добування затверділого виливка з форми.

Лиття в разові піщано-глинисті форми є найпоширенішим і відносно простим способом одержання виливків. Разові піщано-глинисті форми можуть бути приготовлені або безпосередньо в ґрунті (у підлозі ливарного цеху) по шаблонах, або в спеціальних шухлядах-опоках по моделях. У ґрунті одержують виливки великогабаритних деталей (станин, колон і т.д.), більше дрібні виливки звичайно одержують в формах.

Зовнішній обрис виливків відповідає поглибленням форми, отвору одержують за рахунок стрижнів, що вставляють у порожнину форми.

Технологічний процес виробництва виливків в опочних формах складається із трьох стадій: підготовчої, основний і заключної.

Модельне оснащення, виготовлене в модельних цехах, являє собою пристосування, за допомогою яких виготовляють форми й стрижні. До оснащення ставляться моделі деталей, щитки, стрижневі ящики, моделі елементів ливникової системи й опоки.

Моделі служать для одержання порожнини в земляній формі, що по розмірах і зовнішніх обрисах відповідає майбутньому виливку. Тому що метал після затвердіння всідається (зменшується в обсязі), розміри моделі роблять трохи більшими.

Виготовляють моделі з дерева, пластмаси або металу. Вибір матеріалу залежить від умов виробництва й вимог, які пред'являють до виливка відносно точності розмірів і чистоти поверхні. Для того щоб моделі легко витягали з форми, їх роблять із формувальними ухилами й часто рознімними, із двох і більше частин, шипів, що скріплюють легко при допомозі.

Для одержання виливків з отворами або поглибленнями на моделях у відповідних місцях передбачають виступи - стрижневі знаки, які залишають у формі відбитки для установки стрижнів. Місце, займане у формі стрижнем, не заповнюється металом і у виливку після видалення стрижня утвориться отвір або поглиблення. Стрижні виготовляють із особливої стрижневої суміші, набиваючи її вручну або машинним способом у стрижневі ящики. При цьому враховують зміну розмірів виливка при затвердінні металу. Розміри стрижнів повинні бути менше отворів на величину усадки металу. Залежно від складності виготовлення стрижневі ящики роблять цільними й рознімними. При невеликих партіях стрижнів ящики роблять із дерева, у масовому виробництві, особливо при підвищених вимогах до точності лиття, застосовують металеві ящики (чавунні або з алюмінієвих сплавів).

Моделі ливникової системи призначені для утворення у формі каналів і порожнин, що служать для подачі металу, затримки шлаків і виходу повітря з порожнини форми. Пристрій ливникової системи забезпечує спокійне, ненаголошене надходження металу у форму, охороняючи її від ушкодження.

У масовому виробництві при машинному формуванні ефективне застосування ретельне оброблених дерев'яних або металевих модельних плит з міцно укріпленими на них або виконаними за одне ціле, моделями деталей і елементами ливникової системи.

Опоки - дерев'яні або металеві рамки, каркаси, основне призначення яких складається у втриманні піщано-глинистої суміші, забезпеченні достатньої міцності й твердості форми при її виготовленні, транспортуванні й заливанні металу.

Формувальні й стрижневі суміші в основному складаються із кварцового піску певної зернистості й жаротривкості.

Найважливішими ливарними сплавами є чавун (сірий, високоміцний), сталь (,легована), мідні сплави (бронза, латунь), алюмінієві, магнієві, цинкові сплави й ін.

Найкращим комплексом ливарних властивостей володіють сірий чавун, бронза, сплави алюмінію із кремнієм (силуміни). Плавка чавуну виробляється переважно у вагранках і шахтних печах. Вагранка являє собою вертикальну шахту-піч безперервної дії, що працює на ливарному кам'яновугільному коксі й повітряному дутті. Продуктивність вагранки залежно від її розмірів становить 1...30 т/ч, максимально досяжна температура— 3400...1420 °С. Інтенсифікація процесу плавки у вагранці здійснюється застосуванням гарячого (400...500 °С) дуття повітрям, збагаченим киснем.

В останнім часом одержали поширення коксогазові й газові вагранки, які дозволяють ще більше підвищити техніко-економічні показники процесів за рахунок поліпшення якості металу, кращого використання шихтових матеріалів і зниження тривалості плавки.

Індукційні печі для виплавки чавуну, що працюють на струмах промислової частоти, є найбільш перспективними плавильними агрегатами. Їхнє застосування дозволяє виплавляти чавун однорідного состава з високими механічними властивостями й тим самим значно знизити масу виливків. Висока температура нагрівання в індукційних печах дає можливість використати недорогостоящие сталеві відходи й шляхом науглероживания їх одержувати чавун необхідного хімічного складу.

У цехах великого й середнього лиття з вуглецевой і низьколегованої сталі (частково високолегованої) застосовуються кислі й основні мартенівські печі ємністю до 80 т, Для одержання дрібних і середніх виливків з вуглецевойі низьколегованої сталі використаються електродугові печі, для невідповідальних виливків - малі бесемерівські конвертери, чавун у які надходить із вагранок. У цехах особливо відповідального сталевого лиття застосовуються індукційні високочастотні печі й установки электрошлакового переплаву.

Сплави кольорових металів залежно від їхніх властивостей (температури плавлення, хімічної активності й т, п.) і масштабів виробництва плавляться в тигельних печах, полум'яних і електричних відбивних печах, індукційних, вакуумно-дугових, вакуумних електронно-променевих печах.

Всі плавильні агрегати, застосовувані в ливарному виробництві, повинні відповідати певним загальним вимогам: забезпечувати необхідну для розплавлювання й перегріву металу температуру, мати достатню продуктивність, бути економічними (мінімальна витрата палива й енергії на 1т рідкого металу й мінімальний вигар металу), більш-менш надійно охороняти розплавлений метал від забруднення газами й неметалічними включеннями.

На ділянку заливання форм розплавлений метал подається в разливочних ковшах різної місткості.

Якість виливків багато в чому залежить від дотримання правил заливання. Метал у форму заливають плавно, безперервним струменем доти, поки він не здасться у випорах і прибутках. Температура заливання завжди вище температури плавлення сплаву, однак, перегрев його повинен бути мінімальним для забезпечення гарного заповнення форми. При занадто високій температурі заливання відбувається рясне газовипаріння, формувальна суміш пригоряє до поверхні виливка, збільшується її усадка. Контроль температури металу, що заливає, здійснюється оптичними пірометрами або термопарами.

Після затвердіння й охолодження до певної температури, при якій виливка здобувають достатню механічну міцність, виробляється вибивка їх з форм; стрижні вибиваються пізніше, після додаткового охолодження виливків.

Вибивка виливків - одна з найважчих операцій ливарного виробництва, що супроводжується більшими виділеннями теплоти й пилу. По трудомісткості операції вибивки, обрубки й очищення становлять 30.. .40 % від загальної трудомісткості виготовлення виливків.

Сутність процесу вибивки полягає в руйнуванні форми, звільненні виливків від навколишньої їхньої формувальної землі. У сучасних ливарних цехах процес вибивки механізований і здійснюється на різних вібраційних машинах, найчастіше, на струшуючих ґратах. Формувальна суміш провалюється через ґрати, попадає на стрічковий конвеєр і транспортується у формувальне відділення для повторного використання.

Після вибивки виробляється обрубання й очищення виливків. Обрубка полягає у відділенні від виливків прибутків, висікши й заток.

В останні роки в ливарному виробництві повсюдно впроваджуються спеціальні способи лиття, що мають ряд переваг у порівнянні із традиційним литтям у разові піщано-глинисті форми. Питома вага виливків, одержуваних спеціальними способами, неухильно збільшується.

До спеціальних способів відносять лиття: а) у постійні металеві форми (кокіль), б) відцентрове, в) під тиском, г) у тонкостінні разові форми, д) по виплавлюваних моделях, е) коркове, або оболонкове, ж) электрошлакове лиття.

Спеціальні способи лиття дозволяють одержувати виливки більше точних розмірів з гарною якістю поверхні, що сприяє зменшенню витрати металу й трудомісткості механічної обробки; підвищити механічні властивості виливків і зменшити втрати від шлюбу; значно знизити або виключити витрату формувальних матеріалів; скоротити виробничі площі; поліпшити санітарно-гігієнічні умови й підвищити продуктивність праці. ...

Більшість операцій при спеціальних способах лиття легко піддається механізації й автоматизації. Економічна доцільність заміни лиття в разові піщано-глинисті форми тим або іншому спеціальному способу залежить від масштабу виробництва, форми й розмірів виливків, застосовуваних ливарних сплавів і т.п. Вона визначається на основі ретельного техніко-економічного аналізу всіх витрат, пов'язаних з новим технологічним процесом.

Одним з найпоширеніших є лиття в кокіль. Кокілем називають цільну або рознімну металеву форму, виготовлену із чавуну або стали.

Кокили призначені для одержання великої кількості однакових виливків з кольорових або залізовуглецевих сплавів. Стійкість кокілів залежить від матеріалу й розмірів виливка й самого кокілю, а також від дотримання режиму його експлуатації. Орієнтовно стійкість чавунних кокілів становить 200000 олов'яно-свинцевих, 150000 цинкових, 50000 алюмінієвих або 100...5000 чавунних виливків. Кокілі доцільно застосовувати як у масовому, так і в серійному виробництві (при партії виливків не менш 300...500 штук).

Перед заливанням металу кокілі підігрівають до температури 100...300 °С, а робочі поверхні, що контактують із розплавленим металом, покривають захисними обмазками. Покриття забезпечує збільшення терміну служби кокілю, попередження приварювання металу до стінок кокілю й полегшення добування виливків. Підігрів охороняє кокіль від розтріскування й полегшує заповнення форми металом. У процесі роботи необхідна температура кокілю підтримується за рахунок теплоти, виділюваної заливають металом. Після затвердіння виливок витягають витрушуванням або за допомогою виталкувача.

Кокильне лиття дозволяє знизити витрата металу на прибутку й випори, одержувати виливки більше високої точності й чистоти поверхні, поліпшити їхні фізико-механічні властивості. Разом з тим цей спосіб лиття має й недоліки. Швидке охолодження металу утрудняє одержання тонкостінних виливків складної форми, викликає небезпека появи в чавунних виливків вибілених важкооброблюваних поверхонь.

Лиття під тиском — один з найбільш продуктивних методів одержання точних фасонних виливків з кольорових металів. Сутність способу полягає в тім, що рідкий або кашкоподібний метал заповнює форму й кристалізується під надлишковим тиском, після чого форму розкривають і виливок видаляють.

По способі створення тиску розрізняють: лиття під поршневим і газовим тиском, вакуумне усмоктування, рідке штампування.

Найпоширеніший формоутворення виливків під поршневим тиском - у машинах з гарячою або холодною камерою стиску. Сплави, застосовувані для лиття під тиском, повинні володіти достатньої жидкотекучестью, вузьким температурно-тимчасовим інтервалом кристалізації й хімічно не взаємодіяти з матеріалом прес-форм. Для одержання виливків розглянутим способом використають цинкові, магнієві, алюмінієві сплави й сплави на основі міді (латуні).

Литтям під тиском роблять деталі приладів: барабанчики рахункових машин, корпуси фотоапаратів і корпусні деталі масою до 50 кг, головки циліндрів мотоциклетних двигунів. У виливках можна одержувати отвори, написи, зовнішнє й внутрішнє різьблення.

Питання для перевірки якості засвоєння знань

1. З яких стадій складається технологічний процес виробництва виливків в опочних формах?

2. Що відноситься до технічного встаткування?

3. З я ких елементів складається ковальсько-пресове обладнання?

4. В чому є суть ливарного виробництва?

5. Що відносять до спеціальних способів лиття?

Питання для самостійної роботи із зазначенням літератури.

1. Сутність газового зварювання.

Лекція № 9

Тема лекції: Інструменти і підшибники

Мета: ознайомити з визначенням інструменту, розглянути класифікацію інструменту, визначити галузі застосування, сформувати знання про підшибники кочення.