Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ»
А.В. ЧЕРНОГЛАЗОВА, Е.Р.КОРНИЛОВА, Т.А.ИЛЬИНКОВА, А.В.БЕЛЯЕВ
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Практикум
Казань 2012
Министерство образования и науки Российской Федерации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. А.Н. ТУПОЛЕВА-КАИ»
_______________________________________________________________
А.В. ЧЕРНОГЛАЗОВА, Е.Р.КОРНИЛОВА, Т.А.ИЛЬИНКОВА, А.В.БЕЛЯЕВ
ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Практикум
Под редакцией проф.Э.Р.Галимова
Рекомендовано к печати Учебно-методическим центром
КГТУ им. А.Н.Туполева
Казань 2012
УДК 620.1(076.5)
А.В. Черноглазова, Е.Р.Корнилова, Т.А.Ильинкова, А.В.Беляев: «Технология конструкционных материалов» Практикум Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ
ISBN
Предназначено для научных сотрудников, студентов инженерных специальностей 150601, 150202, 151001, 15090, а также бакалавров направления 150700.
Табл. . Ил . Библиогр.: назв.
Рецензент
ISBN Изд-во Казан. гос. техн. ун-та,2012.
А.В.Черноглазова,Е.Р.Корнилова, Ю.И.Сударев, 2012.
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1
Литье в песчано-глинистые формы
Литейное производство - отрасль машиностроения, которая занимается изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму (называемую литейной формой), полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. Основной задачей литейного производства является получение заготовок, максимально приближенных по форме и размерам к форме и размерам готовой детали, чтобы последующая обработка заготовок сводилась к отделочной обработке и шлифованию.
Цель работы: изучить основы проектирования технологии изготовления отливок, сделать эскиз отливки с литейно-модельными указаниями, произвести расчеты литниково- питающей системы, габаритов опок, размеров литейной формы и дать оценку эффективности данного способа изготовления заготовки.
Основы теории
Сущность литья в песчано-глинистые формы заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в разовую разъемную и толстостенную литейную форму, изготовленную из формовочной смеси по многократно используемым модельным комплектам (деревянным или металлическим), с последующим затвердеванием залитого металла, охлаждением отливки в форме, извлечением ее из формы с последующей отделкой.
Отличительными особенностями способа являются малые теплопроводность, теплоемкость и плотность песчаной формы, что позволяет получить отливки с малой толщиной стенки (2,5...5 мм); невысокая интенсивность охлаждения расплава в форме приводит к снижению скорости затвердевания отливки, укрупнению структуры и к появлению в массивных узлах усадочных раковин и пористости; сравнительно низкая огнеупорность материала способствует развитию на поверхности контакта форма - отливка физико-химических процессов, которые могут приводить к появлению пригара в поверхностном слое отливки.
Изготовление отливок в песчано-глинистых формах производится в определенной последовательности (рис.1.1).
Рис. 1.1. Схема технологического процесса получения отливок в
песчано-глинистых формах.
Для изготовления литейных форм используются модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудование.
Модельный комплект - совокупность технологической оснастки, необходимой для создания в форме полости, соответствующей конфигурации отливки. Модельный комплект включает литейные модели, модельные плиты, стержневые ящики (рис.1.2), модели элементов литниковой системы.
Рис.1.2. Разьемная модель отливки
Литейная модель - приспособление, с помощью которого в литейной форме получают полость с формой и размерами, близкими к конфигурации отливки.
Модельная плита - металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы.
Стержневой ящик - приспособление, служащее для изготовления стержней. Литейные стержни используют для получения отверстий и полостей в отливках.
Литниковая система - система каналов, по которым расплавленный металл поступает в полость литейной формы. Литниковая система обычно состоит из литниковой чаши, предназначенной для приема струи расплава, вытекающей из разливочного ковша; вертикального канала - стояка, передающего расплав из литниковой чаши к другим элементам литниковой системы; шлакоуловителя, служащего для задержания шлака; питателя -канала, предназначенного для подачи расплава непосредственно в полость литейной формы и выпора, служащего для отвода газов из полости формы, контроля за заполнением формы сплавом и питания отливки при затвердевании (рис.1.3).
Рис. 1.3. Элементы литниковой системы:1 - литниковая чаша; 2 - стояк;
3 - шлакоуловитель; 4 - питатели
Форму и стержни изготавливают из формовочных смесей, которые должны обладать следующими свойствами: пластичностью, текучестью, газопроницаемостью, огнеупорностью, прочностью, противопригарностью.
Формовочная смесь содержит кварцевый (SiO2) или цирконовый (ZrO2·SiO2) песок, глину, воду и противопригарные материалы (каменный уголь, мазут, графит, краски и др.).
Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.
Облицовочная смесь - это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.
Наполнительная смесь - это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Ее приготавливают путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка и глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют для изготовления крупных и сложных отливок.
Единая смесь - это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке в серийном и массовом производствах.
Литейная песчано-глинистая форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, заливаемую расплавленным металлом. Она состоит из верхней и нижней полуформ, которые изготавливают в литейных опоках - приспособлениях для удержания формовочной смеси.
Литейная песчаная форма должна обладать:
- прочностью - способностью выдерживать силовые нагрузки, возникающие при заливке расплавленного металла и транспортировке форм. Прочность смеси во влажном состоянии зависит от содержания глины, воды, уплотнения формовочной смеси и других факторов;
- газопроницаемостью - способностью пропускать газы, образующиеся в литейной форме при заливке расплавленного металла. Газопроницаемость зависит от размера и формы зерен кварцевого песка, влажности и других факторов;
- податливостью - способностью уменьшаться в объеме под действием усадки отливки при ее охлаждении;
- огнеупорностью - способностью не расплавляться под действием тепла расплавленного металла, заливаемого в форму, и не вступать с ним в химическое взаимодействие.
Внутренние полости в отливках выполняются с помощью стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой. Для повышения прочности стержней используют связующие материалы. Они делятся на два класса: А - неводные и Б - водные, растворяющиеся в воде. К материалам класса А относятся масла, битумы, канифоль, класса Б - декстрин (продукт получаемый из картофельного крахмала обработкой разбавленными кислотами при нагревании), патока, барда (отход, получаемый при обработке древесины слабой сернистой кислотой, в процессе изготовлении бумаги).