Способы изготовления отливок

Литейные сплавы и их применение.Литейные сплавы полу­чают сплавлением двух или нескольких металлов и неметаллов. Такие сплавы должны обладать хорошей электро- и теплопровод­ностью, повышенной пластичностью и др. Практическое значение литейных сплавов определяет то, что они по некоторым свойствам (прочности, твердости, способности воспроизводить очертания литейных форм, обрабатываемости режущим инструментом и др.) превосходят чистые металлы. Важное место в литейном произ­водстве занимают сплавы с особыми физическими свойствами (например, электропроводностью, магнитной проницаемостью и др.).

Получение литых деталей и заготовок

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

Литейное производство — отрасль машиностроения, изгото­вляющая заготовки или детали (отливки) заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, по­лость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении залитый металл затвердевает и сохраняет конфигура­цию полости формы. Заготовки (отливки) в дальнейшем подвергают механической обработке.

Литейное производство позволяет получать разнообразные по конфигурации и свойствам фасонные отливки из чугуна, стали и из сплавов цветных металлов. Высокие механические и эксплу­атационные свойства отливок обусловливают их широкое при­менение в различных отраслях промышленности. Литьем изгото­вляют отливки как простой, так и сложной формы, которые нельзя получить другими технологическими методами. Например, кор­пусные детали приборов и машин чаще всего изготовляют литьем.

Важной задачей литейного производства является получение отливок, по форме и размерам приближающихся к готовой детали, что существенно сокращает обработку резанием.

Сплавы в зависимости от химического состава отличаются друг от друга температурой плавления, химической активностью, вязкостью в расплавленном состоянии, прочностью, пластич­ностью и другими свойствами. Для производства фасонных отли­вок применяют серые, высокопрочные, ковкие и другие чугуны, углеродистые и легированные стали, сплавы алюминия, магния, меди, титана и др.

Серый чугун (состав в %: 2,8—3,5 С; 1,8—2,5 Si; 0,5— 0,8Мn; до 0,6 Р и до 0,12 S) имеет достаточно высокую прочность, высокую циклическую вязкость, легко обрабатываем и дешев. Недостатком серого чугуна является низкая ударная вязкость и хрупкость. Прочность серых чугунов обусловлена пластинчатой формой графитовых включений и прочностью металлической основы. Из серого чугуна изготовляют станины станков, корпуса и крышки редукторов, шкивы и другие отливки.

Высокопрочный чугун (состав в %: 3,2—3,6 С; 1,6—2,9 Si; 0,4—0,9 Мn; не более 0,15 Р; не более 0,02 S; не менее 0,04 Mg) обладает высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабаты­вается. Высокие механические свойства этих чугунов получают обработкой расплавленного чугуна магнием или церием, при которой графит принимает шаровидную форму. Из высоко­прочного чугуна получают ответственые тяжелонагруженные детали: коленчатые валы, барабаны шахтных вагонеток, шатуны и др.

Ковкий чугун (состав в %: 2,4—2,8 С; 0,8—1,4 Si; менее 1 Мn; не менее 0,2 Р; не менее 0,1 S) по прочности превосходит серые чугуны и имеет высокую пластичность. Получают ковкий чугун при отжиге отливок из белого чугуна (в белом чугуне углерод почти полностью находится в связанном состоянии в виде Fe₃C) в течение 30—60 ч при температуре 900—1050 °С. При отжиге обра­зуется графит в виде хлопьев (рис. 6, е). В зависимости от условий отжига ковкий чугун может быть ферритным (КЧ 37-12), ферритно-перлитным (КЧ 45-6) и перлитным (КЧ 63-2). Ковкий чугун используют для производства корпусов пневматического инстру­мента, ступиц, кронштейнов, звеньев цепей и других деталей.

Углеродистые стали (состав в %: 0,12—0,6 С; 0,2—0,5 Si; 0,5—0,8 Мn; до 0,05 Р и до 0,05 S) имеют более высокие механи­ческие свойства, чем серый и ковкий чугуны. Углеродистые стали при­меняют для изготовления различных цилиндров, станин прокат­ных станов, зубчатых колес и других изделий.

Легированные стали отличаются от углеродистых составом ле­гирующих, т. е. дополнительно добавленных элементов (хром, никель, молибден, титан и др.) или повышенным содержанием марганца и кремния. Легирующие элементы придают стали высо­кую коррозионную стойкость, жаропрочность и другие специаль­ные свойства. Из легированных сталей получают турбинные лопатки, коллекторы выхлопных систем, различную арматуру и прочие подобные детали.

Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочностью и пластичностью, их легко обрабатывать. Наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием (силумины), кото­рые обладают повышенной коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и другими свойствами. Алюминиевые сплавы применяют при производстве блоков цилиндров, корпусов при­боров и инструментов и т. п.

Магниевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочно­стью, хорошей обрабатываемостью. Недостатком магниевых сплавов является низкая коррозионная стойкость. Для повышения меха­нических свойств практически все магниевые сплавы обрабаты­вают (модифицируют) гексахлорэтаном, мелом и другими веще­ствами. Из магниевых сплавов изготовляют корпуса насосов, приборов и инструментов и другие детали.

Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют сравнительно высо­кие механические и антифрикционные свойства, высокую коррозионную стойкость, хорошей обрабатываемостью. Для изготовле­ния отливок применяют оловянные и безоловянные бронзы и ла­туни. Безоловянные бронзы используют как заменители оловян­ных бронз.

По механическим, коррозионным и антифрикционным свой­ствам безоловянные бронзы превосходят оловянистые. Медные сплавы применяют при производстве арматуры, подшипников, гребных винтов, зубчатых колес и др.

Алюминиевые, магниевые и медные сплавы широко применяют в приборостроении.

Приготовление литейных сплавов. Приготовление литейных сплавов связано с процессом плавления различных материалов.

Плавление — это переход из кристаллического состояния в аморф­ное. При этом нарушается устойчивость кристаллических решеток, увеличиваются колебательные движения атомов, и кристалличе­ское тело, проходя через область неустойчивых состояний, пре­вращается в жидкое. При плавлении твердые кристаллические тела теряют постоянство формы, объема, а также изменяются их физические свойства. Для получения заданного химического состава и определенных свойств в сплав при приготовлении вводят в жидком или в твердом состоянии специальные (легирующие) элементы, в качестве которых используют Сu, Ni, Mn, Ti, Mg, Mo и др.

Для размельчения структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему литого металла в сплавы вводят малые добавки различных элементов (модификаторов), в качестве которых используют Na, Zn, Mg, Ti, Zr и другие элементы.

Для выплавления чугуна и стали в качестве исходных мате­риалов (шихты) используют литейные или передельные доменные чугуны, чугунный и стальной лом, отходы собственного производ­ства и ферросплавы. Для понижения температуры плавления обра­зующихся шлаков используют флюсы — известняк, доломит и др.

Для выплавления цветных сплавов используют как первичные (полученные на металлургических заводах), так и вторичные (после переплавки цветного лома) металлы и сплавы, кроме того, применяют лигатуры (специально приготовленные сплавы из двух или нескольких металлов) и флюсы (обычно хлористые и фтори­стые соли щелочных и щелочноземельных металлов).

Для плавления стали и чугуна широко применяют индук­ционные высокочастотные печи (рис.20 а), позволяющие нагревать металл до высокой температуры, регулировать состав газовой атмосферы, создавать вакуум для получения металла высокого качества с минимальными затратами. Для размещения расплава / предназначен тигель 2, выполненный из кварца или магнезита с последующим спеканием. Нагрев производится при помощи мед­ного или алюминиевого водоохлаждаемого индуктора 3. При пропускании тока высокой частоты через индуктор в шихте, за­груженной в тигель, наводятся вихревые токи, выделяется большое количество теплоты, расплавляющей шихту и нагревающей расплав до нужной температуры..

Рис.20. Схемы устройства плавильных печей:

а — индукционной высокочастотной; б — сопротивления.

Для плавления цветных сплавов широко применяют индук­ционные печи промышленной частоты, электрические печи сопро­тивления

(рис.20 б) и др. Электрическая печь сопротивления выполнена в виде сварного цилиндрического кожуха 3, облицо­ванного (футерованного) шамотным кирпичом 4. Между кожухом и футеровкой предусмотрена теплоизоляционная набивка 5 из легковесных материалов и асбестовых листов. В качестве нагрева­телей 6 используют нихромовые спирали. Сплав приготовляют в литом тигеле 2 из жаропрочного чугуна. Сверху печь закры­вается крышкой.

Литейные свойства сплавов. Не все сплавы в одинаковой сте­пени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить от­ливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с опре­деленными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко вос­производить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме. Жидкотекучестьсплавов зависит от многих факторов; напри­мер, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть. Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов; с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содер­жания фосфора, кремния, алюминия и углерода — увеличи­вается.

В зависимости от жидкотекучести сплава выбирают минималь­ную толщину стенок отливок. Например, при изготовлении мелких отливок из серого чугуна в песчаных формах минимальная толщина стенок составляет 3—4 мм, для средних — 8—10 мм, а для крупных — 12—15 мм; для стальных отливок—5—7, 10—12, 15—20 мм соответственно.

Усадка — процесс уменьшения объема отливки при охлажде­нии, начиная с некоторой температуры жидкого металла в литей­ной форме до температуры окружающей среды. Усадка протекает в жидком состоянии, при затвердевании в процессе кристаллиза­ция и в твердом состоянии. Различают линейную и объемную усадки, которые определяют в процентах. Величина усадки спла­вов зависит от их химического состава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Наименьшую линей­ную усадку имеют серый чугун (0,9—1,3%), алюминиевые сплавы — силумины (0,9—1,3%). Стали и некоторые сплавы имеют усадку 1,8—2,5%. Изготовлять отливки из сплавов с повышенной усадкой сложно, так как в массивных частях отливки образуются усадочные раковины и усадочная пористость. Для предупреждения образования усадочных раковин предусматривают установку при­былей — дополнительных резервуаров с расплавленным металлом для питания отливок в процессе их затвердевания.

Напряжения в отливках возникают вследствие неравномерного их охлаждения и механического торможения усадки. Они харак­терны для отливок с различной толщиной стенок. При затвердева­нии температура отливки в массивных частях выше, чем снаружи или в тонких сечениях. Поэтому усадка в отдельных местах по величине различна, но так как части одной и той же отливки не могут изменять свои размеры независимо друг от друга, то в ней возникают напряжения, которые могут вызывать образование трещин или коробление. Для предупреждения образования боль­ших напряжений и трещин необходимо в конструкции литой де­тали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости. Трещины довольно часто образуются в отливках из углеродистых и легированных сталей, сплавов магния и многих алюминиевых сплавов.

Газопоглощение — способность литейных сплавов в расплавлен­ном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с по­вышением температуры твердого сплава она увеличивается не­значительно, несколько возрастает при плавлении и резко повы­шается при перегреве расплава. При затвердевании и последу­ющем охлаждении растворимость газов уменьшается и в резуль­тате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.

Ликвация — неоднородность химического состава в различ­ных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендрит­ную (внутризеренную). Зональная ликвация — это химическая неоднородность в объеме всей затвердевшей литой детали. Ден­дритная ликвация — химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.

Основными способами изготовления отливок является литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением и центробежное. Указанными способами можно изготовлять отливки в разовые формы (литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы) и в многоразовые металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).

Изготовление отливок в разовых песчаных формах. Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из рас­плавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием мо­дельного комплекта. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку.

Литейная форма (рис.21 а) представляет собой систему элемен­тов, образующих рабочую полость, в которую заливают распла­вленный металл. Литейная форма обычно состоит из верхней 2 и нижней полуформ, которые изготовляют в литейных опо­ках 7 — приспособлениях для удержания формовочной смеси. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют при по­мощи металлических штырей 4, которые вставляют в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют при помощи выступов, входящих в соответ­ствующие впадины в полости формы. Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании изготовляют литниковую систему 5 и 6.

Рис.21. Эскизы ли­тейной формы и мо­дельной оснастки:

а — литейной формы; 6 — модели; а — стержневого ящика

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовле­ния литейных форм. В качестве исходных формовочных матери­алов используют формовочной кварцевый песок различной зер­нистости, литейные формовочные глины и вспомогательные мате­риалы (мазут, графит, тальк, древесную муку и др.). Формовочные смеси представляют собой многокомпонентное сочетание мате­риалов, соответствующее условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Их подразделяют на смеси для стальных, чугунных и цветных сплавов. Для изготовления отли­вок используют облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочной называют смесь, из которой изготовляют рабо­чий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом, и его наносят на литейную модель слоем толщиной 15—30 мм. Такая смесь содержит 50—90% све­жих формовочных материалов, а остальные 50—10% — оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси. Наполнительной назы­вают смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполни­тельной смеси обычно входит 90—98% оборотной смеси и 10—2% свежих формовочных материалов. Единой называют смесь, исполь­зуемую одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смесей. В состав этой смеси входит 85—90% оборотной смеси и 15—10% свежих формовочных материалов. Единую смесь исполь­зуют при механизированном производстве отливок.

Стержневые смеси представляют собой многокомпонентное со­четание материалов, соответствующих условиям технологиче­ского процесса изготовления неметаллических литейных стер­жней. Стержневые смеси для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно-спиртовой барды, синтетических смол и до). Для простых крупных стержней используют кварцевый песок с добавкой глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.

Широко применяют жидкие самотвердеющие смеси, облада­ющие способностью течь после приготовления и самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Такие смеси в течение 8 – 12 мин. После приготовления обладают подвижностью и через 30—50 мин после заполнения стержневого ящика затвердевают. Формовочные и стержневые смеси должны обладать достаточной прочностью, высокой газопроницаемостью, пластичностью до­статочной огнеупорностью и податливостью, пониженной газотворной способностью и другими свойствами.

Для образования рабочей полости литейной формы используют модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литниковой системы. Литейная модель (рис.21 6) — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки. Модели бывают неразъемные, разъемные и специальные. Стержни нужных размеров и форм получают в стержневых ящиках (рис.21 в). Рабочая полость ящика заполняется стержневой смесью. Стержневые ящики бывают неразъемные и разъемные. Модельная плита позволяет оформить разъем литейной формы На ней располагают различные части модели, включая модели литниковой системы, и набивают одну из парных опок.

Каналы и элементы 6 (см. рис.20 а), служащие для подвода расплавленного металла, называют литниковой системой, которая также питает отливки при затвердевании. Она состоит из литни­ковой чаши для приемки расплавленного металла и подачи его в форму, стояка в виде вертикального или наклонного канала для подачи металла из литниковой чаши непосредственно в рабочую полость формы или к другим элементам системы, шлакоуловителя для удержания шлака и других неметаллических примесей и пи­тателя, через который расплавленный металл подводится в полость литейной формы. Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затверде­вании служит выпор 5, который выполняют в верхней полу­форме.

Изготовление литейных форм — формовка — сводится к уплот­нению формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придания ей необходимой прочности. В форме пред­усматривают вентиляционные каналы для выхода газов, образу­ющихся при заливке расплавленного металла. После извлечения модели форму отделывают и производят сборку опок. В зависи­мости от заливаемого металла, размеров и массы отливки при­меняют сырые, сухие и химически твердеющие формы, которые изготовляют вручную, на формовочных машинах и на автомати­ческих линиях формовки.

Ручную формовку применяют а единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок. В большинстве случаев песчаные разовые формы изготовляют в парных опоках по разъемной модели. Кроме того, в парных опоках производят формовку по неразъемной модели. Для крупных отливок массой в несколько десятков тонн формы изготовляют в специальных ямах {кессонах}, дно которых находится ниже уровня пола цеха. Стенки и дно кес­сона, как правило, облицовывают батоном или железобетоном. Машинная формовка — основной метод изготовления литей­ных форм в парных опоках — осуществляется по модельным пли­там. Машинная формовка позволяет механизировать уплотнение формовочной смеси в опоках и удаление модели из формы (самые трудоемкие операции), а также произвести вспомогательные oneрации: поворот полуформ, устройство литниковых систем и др. При машинной формовке улучшается качество уплотнения форм, повышаются точность геометрических размеров отливок и произ­водительность. Уплотнение формовочной смеси производят на встряхивающих и прессовых машинах, а также с помощью песко­мета.

При уплотнении форм на встряхивающих машинах (рис.22, а) стол 2 вместе с модельной плитой 3, опокой 4 и формовочной смесью поднимается сжатым воздухом на высоту 60—80 мм, а затем автоматически происходит выпуск воздуха из полости цилиндра в атмосферу и стол падает, ударяясь о станину /. Под действием сил инерции лежащие выше слои давят на лежащие ниже и происходит уплотнение формовочной смеси. Встряхива­нием можно уплотнять формовочную смесь в опоках любой высоты.

Рис.22. Схемы уплотнения формовочной смеси

а - встряхиванием; б - прессованием; в – пескометом.

При уплотнении прессованием {рис.22 б) прессовая колодка 1 давит на поверхность смеси, находящейся в опоке 3 и наполни­тельной рамке 2. В процессе прессования стол 5 поднимается вместе с модельной плитой 4, опокой и наполнительной рамкой навстречу прессовой колодке, которая входит внутрь наполни­тельной рамки. В результате прессования песчинки сближаются и прочно сцепляюгся между собой.

При уплотнении пескометом (рис.22 в) формовочная смесь подается ленточным конвейером 2 в головку и захватывается ковшом 3, укрепленным на вращающемся роторе 4. Формовочная смесь ковшом выбрасывается в опоку 5. Уплотнение формовочной смеси происходит при помощи кинетической энергии движения порции смеси при падении ее на поверхность уплотняемой формы.

Извлечение моделей из форм при машинной формовке осуществляют с помощью специальных вытяжных и поворотных меха­низмов что способствует получению более точных отливок.

Изготовление стержней заключается в формовании сырых стержней, их сушке, отделке и окраске. Для повышения прочности стержней в них закладывают каркасы, а для увеличения их газо­проницаемости в них делают вентиляционные каналы. Сушку стержней производят на металлических сушильных плитах при температуре 200-280 °С в течение 2-12 ч. Изготовляют стержни в большинстве случаев на различных стержневых машинах: встряхивающих, прессовых и пескодувных, а также на установках с использованием жидкоподвижных самотвердеющих смесей.

Сборка литейных форм включает установку стержней, кон­троль точности размеров основных полостей формы, накрывание нижней полуформы верхней, скрепление полуформ перед заливкой. Заливают формы расплавленным металлом из конических, барабанных и других ковшей, футерованных огнеупорным мате­риалом и высушенных до полного удаления влаги. Температура заливки металла зависит от рода сплава, толщины стенок отливок, их конфигурации и т. п. Заливку форм ведут без перерыва, с пол­ным заполнением литниковой чаши.

После заливки и охлаждения металла отливки выбивают из форм на вибрационных решетках и очищают от приставшей или пригоревшей формовочной смеси в очистных барабанах или дрооеметных устройствах камерного или барабанного типа. При очи­стке в дробеметных устройствах отливки подвергаются ударному воздействию струи металлической дроби, выбрасываемой дробометным колесом со скоростью до 70 м/с. Обрубку и зачистку от­ливок от остатков питателей, заусенцев и заливок производят абразивными кругами или на обрезных прессах.

Механизация и автоматизация процессов литья в песчаные формы заменяет ручной труд машинным, повышает производи­тельность труда, улучшает качество отливок. Для изготовления литейных форм используют различные высокопроизводительные автоматические машины и автоматические линии. Производительность таких автоматических уста­новок достигает до 300 форм в час.

В производстве широко применяют автоматические заливочные установки. Для создания хороших условий труда и повышения эффективности в литейных цехах применяют комплексную меха­низацию выбивки форм, очистки, обрубки и предварительной окраски отливок.

Литье по выплавляемым моделям. Сущность способа литья по выплавляемым моделям заключается в процессе получения отливок из расплавленного металла в формах, которые не требуют разъема, так как рабочая полость обра­зуется в результате удаления (вытекания) легкоплавкого мате­риала модели при ее предварительном нагревании. Выплавляемые модели изготовляют из модельных составов, состоящих из двух и более компонентов. Для изготовления моделей широко исполь­зуют модельный состав Р-3, который содержит парафин, синтети­ческий церезин, буроугольный воск и кубовый остаток. Этот со­став хорошо заполняет полость пресс-формы, дает четкий и чистый отпечаток. Выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах, состоящих из двух и более частей с вертикальным или горизон­тальным разъемами. Для извлечения моделей из пресс-форм при­меняют специальные толкатели.

Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовываю т в пресс-формы (рис. 23, а) на автоматических установках или вручную. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в блоки (рис. 23, б) с общей литниковой системой, которая создается припаиванием, приклеиванием или механическим скреплением частей. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей. Формы по выплавляемым моделям изготовляют из специальной огнеупорной смеси, состоящей из связующего, гидролизованного раствора этилсиликата, огнеупорного наполнителя — пылевидного кварца и других компонентов. Формы по выплавля­емым моделям изготовляют многократным погружением разовой модели в огнеупорную смесь (рис. 22, в) с последующей обсыпкой (рис.23, г) и отверждением на воздухе. Обсыпку обычно наносят в три-пять слоев..Модели из форм удаляют выплавлением при нагреве (рис. 23, д, е) в горячей воде или паром. После удаления модель­ного состава тонкостенные литейные формы заформовывают в опоки (рис. 23, ж), а затем прокаливают в печи (рис.23 з) при температуре 850—950 °С для удаления остат­ков модельного

Рис. 23. Последовательность операций формовки при литье по выплавляе­мым моделям

состава. Заливку форм по выплавляемым моделям производят в нагре­том состоянии сразу же после прокалки. Заливка может быть свободной, под действием центробежных сил, в вакууме и т. п. После затвердевания расплавленного металла и охлаждения отливки удаляют из форм механическими, а также химическими методами, очищают, обрубают и, как правило, подвергают терми­ческой обработке.

Процесс изготовления заготовок литьем по выплавляемым моделям механизирован и автоматизирован. Литье по выплавля­емым моделям обеспечивает получение точных и сложных отливок из любых сплавов, сокращает объем механической обработки, создает благоприятные условия для хорошего заполнения литей­ных форм, что позволяет получать отливки из сплавов с низкими литейными свойствами. Этим способом получают отливки массой 0,02—15 кг с отверстиями диаметром до1 мм и толщиной стенок до 0,5 мм. Литьем по выплавляемым моделям отливают многие детали и заготовки для приборостроительной, авиационной и дру­гих отраслей промышленности. Вместе с тем недостатком этого способа является сложность и длительность процесса изготовле­ния отливок, применение специальной дорогостоящей оснастки.

Рис.24. Последовательность операций при литье в оболочковые формы.

Литье в оболочковые формы. Сущность литья в оболочковые формы заключается в получении отливок заливкой расплавленного металла в формы, изготовлен­ные по горячей модельной оснастке из специальной смеси с термо­реактивными связующими материалами. Формовочную смесь при­готовляют из мелкозернистого кварцевого песка или из цирконового перемешиванием с термореактивными связующими мате­риалами, в частности, с пульвербакелитом (смола ПК 104). В фор­мовочную смесь добавляют увлажнители (керосин, глицерин), растворители (ацетон, этиловый спирт) и другие вещества.

При изготовлении оболочковых форм модельную плиту и мо­дель нагревают в печи до 200—250° С и пульверизатором наносят разделительную смазку для облегчения последующего съема оболочки, затем плиту 1 закрепляют на опрокидывающемся бун­кере 2 (рис. 24, а) с формовочной смесью 3 и поворачивают его на. 180° (рис. 24, б). Формовочная смесь насыпается на модельную плиту и выдерживается 10—30 с. От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое расплавляется, скле­ивает песчинки и отвердевает с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5—15 мм в зависимости от времени вы­держки. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 24, в), излишки формовочной смеси ссыпаются, с готовой оболочки 5, модельная плита с оболочкой прокаливается в печи при темпе­ратуре 300 —350 °С, при этом смола переходит в твердое необра­тимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели специаль­ными выталкивателями 6 (рис. 24, г).

Кроме оболочковых форм этим способом изготовляют оболоч­ковые стержни, при изготовлении которых используют нагрева­емые металлические стержневые ящики. При сборке форм полу­формы склеивают специальным клеем на прессах, что обеспечи­вает высокую прочность шва.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонталь­ном положении оболочки. При заливке форм в вертикальном поло-женин их помещают в опоку 7 и засыпают чугунной дробью 8 для предохранения от преждевременного разрушения (рис. 24, д).

Выбивку отливок проводят на вибрационных решетках или на специальных выбивных установках. При очистке отливок удаляют заусенцы, зачищают на наждачных станках места подвода пита­телей и подвергают отливки дробеструйной обработке.

В промышленность внедрены многопозиционные автоматиче­ские машины и автоматические линии изготовления оболочковых форм и стержней. Литье в оболочковые формы обеспечивает высо­кую точность отливок, малую шероховатость поверхности, сни­жает расход формовочных материалов и объем механической обработки, повышает производительность труда. В оболочковых фор­мах изготовляют отливки массой 0,20—50 кг и толщиной стенок 3—15 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, тракторов, металлообрабатывающих станков и др.

Литье в кокиль. Сущность способа литья в кокиль заключается в получении отливок из рас­плавленного металла в металлических формах — кокилях. Фор­мирование отливки происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от расплавленного металла и от затвердевающей и охла­ждающейся отливки к массивному металлическому кокилю.

Отливки с простой конфигурацией изготовляют в вытряхных кокилях. Несложные отливки с небольшими высту­пами и впадинами на наружных поверхностях изготовляют в ко­килях с вертикальным разъемом. При изготовлении крупных, простых по конфигурации отливок используют кокили с горизонтальным разъемом Кокили с комбинирован­ным разъемом применяют при изготовлении сложных отливок. Полости в отливках оформлены песчаными или металлическими стержнями. Металлические стержни удаляют из отливки до извлечения ее из кокиля, после образования прочной корки в от­ливке.

Расплавленный металл в форму подводят сверху; если снизу — сифоном, сбоку — через щелевидный питатель или питатели, расположенные на нескольких уровнях. Для удаления воздуха и газов по плоскости разъема кокиля прорезают вентиляционные каналы. Отливки из полости кокиля извлекают выталкивателями. Заданный тепловой режим литья обеспечивает система подогрева и охлаждения кокиля. Кокили изготовляют из серого и высоко­прочного чугунов, стали и алюминиевых сплавов литьем, механи­ческой обработкой и другими способами.

Технологический процесс изготовления отливок в кокиль включает нагрев кокиля до 150 — 300 °С, нанесение на рабочую поверх­ность слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,3—0,8 мм, установку стержней, соединение и скрепление частей кокиля, заливку расплавленного металла, выдержку для затвердевания залитого металла и формирования отливки, раскрытие и выбивку отливки. Для уменьшения скорости затвердевания и охлаждения отливки, а также для повышения стойкости кокиля на его рабочую поверхность наносят теплоизоляционные покрытия, приготовлен­ные из огнеупорных материалов (кварцевой муки, талька, графита и др.) и связующего материала (жидкого стекла).

Все операции технологического процесса механизированы и автоматизированы. Применяют однопозиционные и многопози­ционные автоматические кокильные машины и автоматические кокильные линии изготовления отливок. Литье в кокиль позволяет сократить, а во многих случаях полностью исключить расход формовочных и стержневых смесей, а также трудоемкие операции. формовки и выбивки форм, повысить точность размеров отливок и уменьшить шероховатость поверхности, снизить объем механи­ческой обработки отливок. Литье в кокиль позволяет получать разнообразные отливки с толщиной стенок 3—100 мм и массой от 0,1 до 500 кг. Литье в кокиль применяют при изготовлении корпусов приборов, деталей двигателей внутреннего сгорания и других деталей из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Литье под давлением. Литье под давлением является процессом получения отливок в металлических формах (пресс-формах), при котором заливка расплавленного металла в форму и формирование отливки осуще­ствляются под давлением в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла и от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивной металлической пресс-форме. Изготовляют отливки на специальных машинах для литья под давлением с хо­лодной или горячей камерами прессования. При изготовлении отливок на машинах с холодной горизон­тальной камерой прессования {рис. 25, а) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования. Пресс-форма состоит из подвижной 4 и неподвижной 3 полуформ, в которые металл подается плунжером 2. Полости в отливке получают металличе­ским стержнем

Рис. 25.Схема получения отливок методом литья под давлением на машинах:

а – с холодной камерой прессования, б – с горячей камерой прессования.

После затвердевания металла пресс-форма раскрывается, и отливка 7 удаляется из полости выталкивате­лями 6. Машины с холодной камерой прессования применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг. Давление плунжера на рас­плавленный металл составляет от 50 до 200 МПа.

В машинах с горячей камерой прессования (рис. 25, б) камера прессования 2 расположена в обогреваемом тигле 1 с расплавлен­ным металлом. При верхнем положении плунжера 3 через отвер­стие 4 сплав заполняет камеру прессования. При движении плун­жера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением от 10 до 30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в камеру прессова­ния, а отливка удаляется из пресс-формы выталкивателями 6. Такие машины используют при изготовлении отливок из свинцово-сурьмянистых, цинковых и алюминиевых сплавов массой от не­скольких граммов до 25 кг.

Литье под давлением является высокомеханизированным про­цессом. Автоматизируют заливку расплавленного металла, очистку рабочих поверхностей пресс-формы, нанесение смазки и т. д. Литье под давлением позволяет получать отливки, максимально приближающиеся по форме, массе и размерам к готовой детали, дает возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки с толщиной стенки от 0,8 до 0,6 мм и отверстиями диаметром до 1 мм. Литьем под давлением изготовляют корпуса приборов, де­коративные изделия, детали двигателей легковых автомобилей и др. Недостатком этого способа является высокая стоимость пресс-форм, сложность их изготовления, ограниченный срок их службы, опасность появления трещин в отливках.

Центробежное литье. Сущность центробежного литья заключается в получении от­ливок из расплавленного металла во вращающихся формах. Фор­мирование отливки осуществляется под действием центробежных сил на специальных машинах с горизонтальной или верти кальной осью вращения.

Рис. 26. Схемы получения отливок на центробежных машинах с осью вращения:

а – горизонтальной, б - вертикальной.

В машинах с горизонтальной осью вращения (рис. 26, а) рас­плавленный металл из ковша 1 заливают по специальному же­лобу 2 во вращающуюся форму 3 с частотой вращения от 200 до 1400 об/мин. Попадая на внутренние стенки формы, жидкий металл образует полую цилиндрическую отливку 4, которую после затвердевания извлекают из формы. На таких машинах получают детали и заготовки типа труб, втулок, гильз.

В машинах с вертикальной осью вращения (рис. 26, б) рас­плавленный металл из ковша 1 заливают во вращающуюся форму 2 с частотой вращения от 160 до 500 об/мин. Растекаясь по дну формы, металл увлекается центробежными силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой 3. Формавращается до полного затвердевания металла, после чего форму останавливают и из нее извлекают отливку. На таких машинах получают отливки небольшой высоты, но большого диа­метра: кольца, венцы зубчатых колес и др. При вращении формы вокруг вертикальной оси внутренняя свободная поверхность расплавленного металла имеет форму параболоида вращения, что приводит к разностенности отливки по высоте. Это снижает воз­можность применения таких машин. При центробежном литье исключаются затраты на изготовление стержней, уменьшается расход металла на литниковую систему, улучшается заполняемость форм металлом и повышается плотность отливок по срав­нению с литьем в песчаные формы.

Дата добавления: 2014-01-07