6.1.2 Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок
Примерно 75% всех отливок осуществляют в разовые формы, которые разрушаются при извлечении из них изделий. Для получения отливок в разовые формы необходимо иметь модели, опоки, материалы для приготовления форм и стержни, инструмент и приспособления.
Модели нужны для получения внешнего контура формируемой детали. Они бывают деревянные, металлические, керамические, пластмассовые.
Стержни необходимы для получения внутренних полостей, отверстий. Их изготавливают из песка с различными связующими.
Опоки – жесткие рамы из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. В них набивают формовочную смесь при изготовлении литейной формы.
Формовочные и стержневые смеси состоят из различных материалов – песка, глины, связующих и противопригарных добавок. Основу формовочных смесей составляют песок (80–90%) и глина (10–20%).
Модели, стержни и опоки, набитые формовочной массой, создают литейную форму, состоящую из двух полусфер – верхней и нижней (рисунок 6.1).
Изготовленные формы поступают на сборку, которая заключается в извлечении из формовочной смеси модели и в установке в форму стержней.
1 – отливаемая деталь; 2 – разъемная модель; 3 – стержневые знаки модели; 4 – стержень; 5,6 – верхняя и нижняя опоки; 7 – литниковая система; 8 – выпор; 9 – отливка
Рисунок 6.1 – Отливка детали в разовой форме.
Литейная форма из формовочной смеси
Заливку форм осуществляют из ковша, имеющих вместимость до 100 т. Продолжительность охлаждения изделий в форме зависит от их массы, толщины сечений, теплофизических свойств формовочных материалов и других условий, которая колеблется в широких пределах – от нескольких минут для небольших тонкостенных деталей до нескольких суток в случае массивных конфигураций.
После охлаждения до температуры (400–800°C) разовую литейную форму разрушают, выбивают из нее отливку, а из последней – стержни.
Очистку отливок от остатков формовочных материалов осуществляют гидропескоструйными или дробеструйными установками.
Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в литейных цехах являются вагранки, электропечи, участки складирования, переработки и очистки литья. При плавке чугуна в вагранках на 1 т металла выделяется 2000–2500 м3 отходящих газов, содержащих пыль 5–20 г/м3 при размере частиц 20–70 мкм. Разливка металла и его охлаждение производят на больших площадях, поэтому улавливание загрязнений затруднено.
6.2 Обработка металла давлением
Обработка металла давлением (ОМД) является одним из основных способов производства деталей машин. В России давлением обрабатывают примерно 85% выплавляемой стали, а также значительное количество цветных металлов и сплавов. Этот процесс отличается экономичностью, высоким выходом годного и высокой производительностью.
Основным способом ОМД являются прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка, которые основаны на пластической деформации исходной заготовки, при этом формообразование происходит без изменения массы и объема изделия.
Пластическая деформация осуществляется в холодном и горячем состоянии. Первая проводится при температуре ниже 0,3, а вторая – при 0,65–0,75 температуры плавления металла или сплава. У большинства материалов с повышением температуры прочность снижается, а пластичность возрастает.
Сущность прокатки заключается в деформировании заготовки путем обжатия ее между вращающимися валками (рисунок 6.2), в результате чего уменьшается поперечное сечение и увеличивается ее длина.
а – продольная; б – поперечная; в – винтовая
Рисунок 6.2 – Основные способы прокатки
Прокатку выполняют на специальном оборудовании – прокатных станах, главная часть которых – рабочая клеть, состоящая из комплекта прокатных валков, получающих вращение от мощных электродвигателей через систему передаточных механизмов.
Прокатное оборудование (станы) различно по профилю получаемого изделия (рельсобалочные трубопрокатные станы и пр.), количеству валков в рабочей клети, количеству клетей и т.д.
В зависимости от формы сечения изделия прокатные станы делятся на обжимные, сортовые, листовые и специальные; по количеству валков – на двух-, трех-, четырех- и многовалковые (вплоть до 20 валковых); по количеству клетей – на одно- и многоклетьевые.
Самые мощные станы – обжимные (блюминги и слябинги). Блюминг – двухвалковый стан, в котором прокатывают стальные слитки массой 5–15 т в квадратные заготовки (блюмы) сечением до 450 × 450 мм. Диаметр валков блюминга достигает 1500 мм. Слябинг – стан, на котором слитки массой 7–25 т прокатывают в полосы (слябы) с максимальной толщиной до 300 и шириной до 1800 мм.
Блюмы и слябы являются полупродуктами для получения готового изделия. Сечение проката значительно меньше, чем у исходных блюма и сляба, конечный профиль не удается получить сразу в один проход между валками, поэтому прокатку ведут в несколько проходов, в каждом из которых площадь сечения металла постепенно уменьшается.
Производительность блюмингов и слябингов находится на уровне 6–10 млн. т в год. Несколько меньше производительность других станов: рельсобалочного 2,0–2,5 млн. т, проволочного 0,6 млн. т и т.д.
В прокатном производстве выбрасываемая пыль включает частицы окалины, гранулированного шлака, металла; выделяются также кислотные масляные аэрозоли, монооксид углерода, сернистый газ и другие загрязнители. Наибольшее количество выбросов получают при огневой зачистке металла (до 500–2000 г/т).
Удаление окалины с поверхности горячекатаной полосы производится травлением в серной и соляной кислотах. Остаточное содержание кислоты в удаленном воздухе достигает 2,5–2,7 г/м3. Для очистки выбросов в атмосферу от травильных ванн используют скрубберы с пылеуловителем. В качестве орошающей жидкости применяют известковый раствор, обеспечивающий степень очистки 85%.