11. Специальные виды литья.
11.1. Изготовление отливок литьем под давлением:
Сущность способа заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100 МПа.
В производстве наибольшее распространение нашли машины с вертикальной и горизонтальной камерой прессования.
Схема процесса литья на машине с вертикальной камерой прессования:
Сплав заливают мерным ковшом в камеру прессования. Верхний поршень, опускаясь, оказывает давление на нижний поршень. Перемещаясь вниз, поршень открывает литниковый канал в неподвижной полуформе, через который сплав поступает в полость формы. После затвердевания отливки поршень, поднимаясь вверх, срезает остаток металла в камере прессования, подвижная полуформа отходит влево (раскрытие пресс-формы), а отливка вместе с литником удаляется из пресс-формы выталкивателями. Пресс-остаток выталкивается из камеры прессования и поступает на переплавку.
Технологические возможности способа:
Способом литья под давлением получают сложные тонкостенные отливки массой от нескольких граммов до 45кг, длиной до 700мм с толщиной стенки от 0,7 до 6мм и минимальным диаметром отверстий 1,0мм, а также отливки с наружной и внутренней резьбой. Этим способом изготавливают отливки из алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов в массовом и крупносерийном производствах, когда партия составляет не менее3000шт., например: детали кино и фотоаппаратуры, оптических приборов, счетных машин, блоков цилиндров легковых автомобилей, тормозные диски, латунные детали сантехнической аппаратуры и др.
При литье под давлением значительно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда, а на роботизированных комплексах полностью исключается ручной труд.
Недостатки способа: высокая стоимость пресс-форм, сложность и трудоемкость их изготовления, ограниченная стойкость, высокая стоимость оборудования;
наличие газовоздушной пористости (вследствие давления при затвердевании) снижает пластичность металла отливки, герметичность и затрудняет термическую обработку (сплав заполняет пресс-форму за 0,01…0,6с при скорости до 135м/с);
ограниченность номенклатуры полученных отливок по размерам и массе (исключаются отливки со сложными полостями, поднутрениями и карманами).
11.2. Сущность процесса литья в оболочковые формы заключается в получении отливок свободной заливкой расплавленного металла в тонкостенную сборную одноразовую литейную форму, изготовленную по нагреваемой модельной оснастке из термореактивных мелкозернистых песчаных смесей.
Последовательность изготовления оболочковых литейных форм:
1. Модельную плиту с закрепленными на ней моделями или частями моделей и элементами литниковой системы нагревают до температуры 200…250оС. Модельный комплект при этом изготавливается , как правило, из серого чугуна.
2. Затем покрывают разделительным составом из синтетического термостойкого каучука, разведенного уайт-спиритом для обеспечения прилипаемости к ней формовочной смеси.
3. Плиту закрепляют на бункере моделью вниз (поз.1).
4. Бункер с формовочной смесью, состоящей в основном из кварцевого песка (93…94%) и термореактивной смолы (6..7%), поворачивают на 180о и нагретая модель погружается на 10...30с в формовочную смесь. При этом частички термореактивной смолы, входящие в состав смеси, при температуре 140..160оС расплавляются, связывают песчинки между собой, а при температуре свыше 160оС отвердевают необратимо. На поверхности моделей и модельной плиты образуется оболочка толщиной от 5 до 20мм (поз.2).
5. По истечении 30с бункер возвращается в исходное положение, неналипшая формовочная смесь ссыпается в бункер (поз.3).
6. Плиту с оболочкой снимают с бункера и помещают в печь с температурой 300…350оС на 45…90сек для окончательного отверждения смолы. После сушки оболочка приобретает высокую прочность на изгиб (5…10МПа).
7. Отвердевшая оболочка снимается с модельной плиты без расталкивания специальными толкателями. Готовая оболочка является частью литейной керамической формы – полуформой (поз.4) .
8. Готовые полуформы при сборке склеивают между собой термореактивным клеем на специальных прессах или скрепляю струбцинами и скобами. Перед склеиванием в форму проставляют стержень, изготовленный из стержневой смеси, для оформления внутренней полости будущей отливки.
9. Склеенные полуформы с вертикальной плоскостью разъема перед заливкой устанавливают в специальные контейнеры и засыпают металлической дробью или песком, для того, чтобы форма не разрушалась при заливке ее расплавленным металлом. Склеенные полуформы с горизонтальной плоскостью разъема перед заливкой укладывают на слой кварцевого песка (поз.5).
10. Заливку оболочковых форм производят из разливочных ковшей различной емкости. После затвердевания и охлаждения отливки выбиваются из формы на специальных выбивных установках, затем поступают на обрубку и очистку. Технологические возможности способа:
Литьем в оболочковые формы получают отливки из стали, чугуна, сплавов цветных металлов массой от 0,5 до 150кг, длиной до 1000мм с толщиной стенки от 2 до 12мм и минимальным диаметром отверстия 6мм. Припуски на механическую обработку отливок составляют 0,3…2мм . данный способ литья позволяет получать отливки с точностью размеров от 4 квалитета и параметром шероховатости Ra 0,02.
Литьем в оболочковые формы изготавливают ребристые цилиндры для двигателей внутреннего сгорания, коленчатые валы, гильзы, звездочки, зубчатые колеса, детали компрессоров.
Недостаток – интенсивное токсичное газовыделение при заливке форм
11.3. Сущность процесса литья по выплавляемым моделям заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям.
Последовательность изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям.
1. Изготовление разовой модели. Для получения точной модели используется качественный модельный состав, для приготовления которого применяют следующие исходные материалы: парафин, стеарин, церезин, буроугольный воск, полистирол, канифоль, этилцеллюлозу и др. Исходные материалы равномерно перемешиваются.
Модель получают в разъемной пресс-форме, рабочая полость которой имеет конфигурацию отливки с припусками на усадку и механическую обработку.
Модельный состав запрессовывается в полость пресс-формы в жидком или пастообразном состоянии с последующим его затвердеванием и охлаждением. Готовые модели извлекаются из пресс-формы трубчатыми толкателями.
2. Модели, собранные в одно целое с литниковой системой представляют собой блок моделей (елочку). Сборку модельных блоков производят пайкой, склеиванием в кондукторах, механическим креплением.
3. Далее происходит изготовление литейной керамической формы:
блок моделей погружают в емкость с жидкой суспензией, в результате чего на поверхности модельного блока образуется тонкий (менее 1мм) слой суспензии. Первый слой сушат. Чтобы обеспечить чистую поверхность отливки. Следующие слои после погружения в суспензию покрывают огнеупорным материалом (кварцевым песком, электрокорундом или зернистым шамотом). Обсыпку производят через 10 сек. после нанесения суспензии. Количество нанесенных слоев покрытий определяется габаритами отливок и составляет от 3 до 6.
Каждый слой покрытия сушат на воздухе в течение 2..3 часов при температуре 22оС и относительной влажности не ниже 65%. Продолжительность сушки сокращается до 40..60 мин. при подогреве воздуха или в парах аммиака.
4. Удаление моделей из готовой литейной формы происходит вовремя погружения формы в горячую воду, нагретую до 85…95оС (или перегретым паром). При этом модельный состав расплавляется и всплывает на поверхность.
5. После выплавления моделей литейную керамическую форму прокаливают в термических печах при температуре 850..950оС в течение 2…3 часов. При этом форму погружают в опоку с наполнителем, в качестве которого используют крупнозернистый кварцевый песок, кирпичную крошку и другие огнеупоры. При прокаливании форм происходит спекание частиц связующего с частицами огнеупорного материала, что обеспечивает высокую прочность формы. Кроме того, выгорают остатки модельного состава, испаряется влага, повышается газопроницаемость формы.
6. Заливку форм расплавленным металлом производят сразу после прокалки в горячие формы.
7. После затвердевания расплава и охлаждения отливок формы разрушают на выбивных решетках или опрокидыванием опок. После очистки отливки подвергаются термической обработке с целью измельчения структуры и повышения механических свойств.
Технологические возможности способа:
Стоимость изготовления отливок по выплавляемым моделям превышает стоимость литья в песчаные формы в несколько раз, поэтому применение этого способа должно быть обосновано высокими требованиями по точности и механическим свойствам.
Литьем по выплавляемым моделям изготавливают отливки любой конфигурации 1…5 групп сложности. Точность геометрических параметров соответствует 3…8 квалитетам а шероховатость поверхности не превышает 2,5мкм при этом минимальный припуск на механическую обработку составляет 0,5мм.
Этим способом выпускаются отливки из труднообрабатываемых сплавов и сплавов со специальными свойствами. При этом масса отливок может быть от 0,02 до 30кг с минимальной толщиной стенок 0,5мм и диаметром отверстий от 1мм и более.
1) изготовление восковых моделей 2) сборка модельного блока «елочки» (стояк и литниковая
система изготовлены из материала модели)
3) нанесение на поверхность 4) погружение модельного блока 5)выплавление модельного состава
блока этилсиликатной в кипящий слой песка в горячей воде (tо ≈ 90оС)
суспензии
6) засыпка «елочки» песком 7)прокаливание модельного блока 8) заливка модельного блока сразу
или гравием в течении 3часов при tо≈950оС после прокаливания