Технология литейного производства

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Основные понятия

Литье – метод изготовления фасонных заготовок деталей путем заливки расплавленного материала в заранее приготовленную литейную форму, полость которой имеет требуемую конфигурацию. После затвердевания и охлаждения материала в форме получают заготовку детали, называемую отливкой.

Еще недавно в качестве литейных материалов применялись лишь металлы и их сплавы. Сейчас диапазон материалов расширился за счет некоторых горных пород и пластмасс.

Литье является наиболее простым и дешевым промышленным способом получения заготовок, в том числе имеющих сложную геометрическую форму. Например, на рис. 7.1 показаны сложные заготовки, полученные методом литья, используемые в авиационных двигателях.

Рис. 7.1. Примеры получения литьем крупногабаритных отливок сложной пространственной формы:

а – из алюминиевого сплава 0 2000 мм; б – магниевого сплава

Литьем изготовляют отливки массой от нескольких граммов до

300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м.

Технология получения отливок складывается из следующих основных операций:

  • • изготовление литейной формы;
  • • расплавление литейного материала и заливка его в рабочую полость литейной формы;
  • • кристаллизация литейного материала в форме и охлаждение отливки;
  • • выбивка отливки из формы; если форма разовая, то ее разрушают, если металлическая – раскрывают;
  • • обрубка прибылей и литниковой системы и при необходимости очистка поверхностей отливки.

Далее полученную заготовку подвергают термической обработке, и как правило, направляют на механическую обработку для снятия припуска и получения точных размеров и необходимой шероховатости поверхности.

Материалы, используемые для производства отливок, должны иметь хорошие литейные свойства: обладать жидкотекучестыо, небольшой литейной усадкой, низкой склонностью к образованию трещин и поглощению газов, невысокой температурой плавления. Наибольшее распространение среди литейных сплавов получили серый и ковкий чугуны, углеродистая и легированная стали, силумин (сплав алюминия), бронзы и латуни (сплавы меди).

Для изготовления отливок служит литейная форма, которая представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным материалом формируется отливка. Литейные формы получают как из неметаллических материалов (песчаные, деревянные, изготовляемые по выплавляемым моделям, оболочковые) для одноразового использования, так и из металлов (кокили, изложницы для центробежного литья) для многократного использования. Устройство литейной формы схематически представлено на рис. 7.2; в качестве примера взята песчано-глинистая форма. Основными элементами литейной формы являются рабочая полость и литниковая система

Рис. 7.2. Принципиальная схема литейной формы:

1 – прибыль; 2 – литниковая чаша; 3 – стояк; 4 – дроссель; 5 – шлакоуловитель; 6 – питатель; 7 – рабочая полость; 3 – выпор; 9 – стержень; I – верхняя опока; II – нижняя опока

В рабочей полости 7 формируется тело отливки. Конфигурация рабочей полости соответствует конфигурации изготовляемой детали, а ее размеры – размерам детали с учетом припуска на литейную усадку и последующую механическую обработку. Внутри отливки и на ее поверхности в соответствии с чертежом детали могут быть различные отверстия и полости, для образования которых в литейную форму при ее сборке устанавливают соответствующие элементы, называемые стержнями 9. Стержни бывают металлические или керамические, и их удаляют при выбивке отливки из формы.

Литниковая система служит для подвода расплавленного литейного материала в рабочую полость и питания отливки в процессе кристаллизации. Она состоит (см . рис. 7.2) из литниковой чаши (воронки) 2, стояка 3, дросселя 4, регулирующего скорость заливки и предотвращающего подсос воздуха в стояк, шлакоуловителя 5, служащего для задержки неметаллических включений, питателя 6, подающего расплавленный металл в рабочую полость непосредственно либо, как показано на рис. 7.2, через боковую прибыль/, и выпора 8.

Прибыль – это массивный прилив, затвердевающий в последнюю очередь. Он питает отливку при охлаждении и кристаллизации литейного материала и предотвращает образование в ней усадочных раковин. Прибыли могут быть бокового или верхнего расположения.

Выпоры – это вертикальные каналы, устанавливаемые на самых высоких местах отливки и служащие для выхода газов, образующихся при заливке в форму жидкого литейного материала. Внешний вид отливки показан на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Отливка с элементами литниковой системы:

1 – боковая прибыль; 2 – литниковая чаша; 3 – стержень; 4 – выпор; 5 – тело отливки

Материалы литейных форм: песчано-глинистые и песчано-смоляные смеси, чугуны, стали, алюминиевые и медные сплавы, керамика, графит и др.

Существуют и используются следующие способы заполнения литейных форм расплавом: под действием гравитационных сил, высокого избыточного давления (до 700 МПа), низкого избыточного давления (0,1 МПа), центробежных сил и др.

Многообразие литейных форм и способов их заполнения расплавом предопределяет множество способов литья, среди которых наиболее распространены следующие: в песчано-глинистые формы, в оболочковые формы, в кокиль, по выплавляемым моделям, по выжигаемым моделям; центробежное литье, непрерывное литье и др.

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

1.1 Основные понятия и определения

Литейное производство, или литье – это способ изготовления заготовки или готового изделия путем заливки расплавленного металла в полость заданной конфигурации с последующим его затвердеванием.

Заготовки или изделия, получаемые методом литья, называют отливками.

Полость, заполняемая жидким металлом при литье, называется литейной формой.

Назначение литейной формы состоит в следующем.

1.Обеспечение необходимой конфигурации и размеров отливки.

2.Обеспечение заданной точности размеров и качества поверхности отливки.

3.Обеспечение определенной скорости охлаждения залитого металла, способствующей формированию требуемой структуры сплава и качества отливок.

По степени использования формы делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы служат для получения только одной отливки, изготавливают их из кварцевого песка, зерна которого соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы это формы, в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготавливают из керамики.

Постоянные формы формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготавливают обычно из чугуна или стали.

Основной задачей литейного производства является получение отливок с максимальным приближением формы и размеров поверхности к аналогичным параметрам готовой детали с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Основное достоинство формообразования заготовок литьем — возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Стоимость литых изделий нередко намного меньше, чем изделий, изготовленных другими способами, однако для литья применимы не любые сплавы, а только те, которые обладают хорошими литейными свойствами. Основными литейными свойствами являются.

1. Жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму, точно повторяя ее конфигурацию.

Чем выше жидкотекучесть, тем литейный сплав лучше. У стали и чугуна это свойство уменьшается с увеличением содержания серы и повышается с увеличением содержания фосфора и кремния. Перегрев сплава выше температуры плавления повышает его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть оценивают по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь, среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы, низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

2. Усадка – уменьшение размеров отливки при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Чем меньше усадка, тем литейный сплав лучше. Различают усадку объемную (уменьшение объема) и линейную (уменьшение линейных размеров). Это свойство зависит главным образом от химического состава сплава. Ориентировочно линейная усадка составляет 1% для чугунного литья и 2% – для стального и цветного. Разумеется, каждая конкретная марка литейного сплава имеет свое значение усадки.

3. Склонность к ликвации. Ликвацией называют химическую неоднородность по объему отливки. Чем меньше склонность к ликвации у литейного сплава, тем он лучше.

В литейном производстве применяют много самых различных сплавов. Наиболее распространенным является серый чугун, из которого в отечественном машиностроении делают около 75% отливок (по массе), из стали – около 20%, из ковкого чугуна – 3% и около 2% литых деталей изготавливают из сплавов цветных металлов.

Существует два способа заливки металла в формы.

1.Обычная заливка, при которой металл заполняет литейную форму свободно под действием силы тяжести. К этому способу относится литье в песчано-глинистые формы.

2.Специальные способы литья, их существует около 15, основными из которых являются:

· литье под давлением;

· литье в кокиль (в металлические формы);

· литье в оболочковые формы;

· литье по выплавляемым, выжигаемым или растворяемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы – основной метод производства отливок. Этим методом получают литые детали как простой, так и сложной формы, наиболее крупные отливки, которые нельзя получить другими способами.

Применение специальных способов литья позволяет уменьшить брак в литейном производстве. При литье в металлические формы, центробежным литьем обеспечивается получение отливок высокой точности. Наряду с этим специальные способы литья применимы лишь для изделий сравнительно небольших размеров (масса до 300 кг).

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект. В общем случае модельный комплект состоит из модели, стержневого ящика и моделей элементов литниковой системы.

Модель – это прообраз будущей отливки, с помощью модели формообразуется, в основном, ее наружная конфигурация. От отливки модель отличается материалом, наличием стержневых знаков (если отливка полая и для формирования полости необходим стержень), наличием разъема (если формовка производится по разъемной модели), размерами, превышающими соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Стержневой ящик – это часть модельного комплекта, предназначенная для изготовления стержня. Стержень, в свою очередь, необходим для формирования внутренней конфигурации отливки (для получения отверстий).

Литниковая система – это совокупность каналов в литейной форме, подводящих расплавленный металл, улавливающих шлак и неметаллические включения, отводящих из формы газы, а также питающих отливку жидким металлом в процессе ее кристаллизации.

1.2 Технология получения отливок

Технологический процесс производства отливок в песчано-глинистых формах включают формовку, т. е. приготовление полуформы и стержней; сборку литейных форм; заливку расплава, выбивку и очистку отливок.

Для изготовления литейных форм из формовочных смесей применяют модельно-опочную оснастку. В нее входят модели, модельные плитки, стержневые ящики и т. д.

Для облегчения изучения процесса изготовления отливки рассмотрим схему технологического процесса (рис. 1).

По чертежу детали (рис. 1, а) технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели и стержневого ящика. В модельном цехе по этим чертежам изготовляют модель (рис. 1, б) и стержневой ящик (рис. 1, в), при этом учитываются припуски на механическую обработку и усадку сплава при остывании. С целью получения опорных поверхностей для установки стержней на моделях выполнены стержневые знаки. По стержневому ящику формуют стержень (рис. 1, г), который предназначен для образования в отливке внутренней полости.

Читать еще:  Установка отливов на пластиковые окна своими руками

Для заливки формы металлом имеется литниковая система, состоящая из чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей и выпоров (рис. 1, e). При сборке в нижнюю полуформу устанавливают стержень, затем соединяют обе полуформы и нагружают балластом. Литейная форма в сборе показана на рис. 1, д.

В плавильном отделении расплавляют металл и заливают в формы. Остывшую отливку выбивают из формы и передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от формовочной стержневой смеси и обрубают остатки литника, заливы и др.

Модели – приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки – полости, соответствующие наружной конфигурации отливок. Отверстия и полости внутри отливок образуют при помощи стержней, установленных в форме при их сборке.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,5-2%, чугуна 0,8-1,2%, бронз и латуней 1-1,5% и т. д. Для облегчения изготовления моделей из формовочной смеси при формовке стенки моделей должны иметь формовочные уклоны (для деревянных моделей 1-3 0 , для металлических 1-2 0 ) В местах сопряжения, делают плавные сопряжения радиусом R = (1/5 — 1/3) средней толщины соприкосновения стенок.

Преимущество деревянных моделей – дешевизна и простота изготовления, недостаток – недолговечность. Модели окрашивают для чугунных отливок в красный цвет, для стальных в синий. Стержневые знаки окрашивают в черный цвет.

Металлические модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов. Эти сплавы легки, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

При машинной формовке обычно применяют металлическую модельную оснастку с установкой модели с установкой модели и литниковой системы на металлической модельной плите.

Стержни формуют в деревянных или металлических стержневых ящиках.

Формовка, как правило, производится в опоках – прочных и жестких металлических ящиках различной формы, предназначенных для изготовления в них литейных полуформ из формовочной смеси путем ее уплотнения.

Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси из природных песков и глин с добавкой необходимого количества воды. Качество, состав и свойства материалов и смесей зависит от условий службы их в литниковой форме.

Формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:

– прочность (для сохранения целостности при сборке, транспортировании, механическом воздействии);

– огнеупорность (при соприкосновении с металлом не должны плавиться, спекаться, пригорать к отливке, размягчаться);

– пластичность (сохраняют форму после снятия нагрузки);

– неприлипаемость смеси к модели, стержневому ящику и в плоскости разъема формы;

– легкость удаления смеси при очистке отливок;

– долговечность, т.е. способность смесей сохранять свойства после многократного использования;

Свежих формовочных материалов, т. е. песка и глины требуется в среднем 0,5 — 1 т на 1 т литья, в то время как расход смесей для изготовления форм и стержней составляет 4 — 7 т. Главной частью в смесях являются отработанные формовочные материалы, свежие материалы служат только для замены песчаных зерен, превращающихся в пыль, и для выполнения связующих способностей глин.

Зерновая часть песков должна состоять преимущественно из зерен кварца (SiO2) в лучших сортах песка содержание SiO2 ³ 97%, в худших содержание SiO2 ³ 90%.

К глинистой части песка условно относят все содержащиеся в нем частицы размером менее 0,022 мм.

Формовочные глины — это пески, содержащие более 50% глинистых веществ. Глины делятся на формовочные обыкновенные и бектонитовые. К бектонитовым относятся глины состоящие в основном из кристаллов монтмориглионита [Al2O3·4SiO2·H2O+nH2O]. Этот материал сильно набухает в воде, что увеличивает связующие свойства глин. Бектонит применяется для изготовления форм и стержней, не подвергающихся высушиванию.

Обыкновенные формовочные глины состоят в основном из кристаллов каолина Al2O3·2SiO2·2H2, не обладающих внутрикристаллическим набуханием.

Для стального литья берут самую огнеупорную глину с высокой термохимической устойчивостью — не менее 1580 О С, для чугуна – со средней устойчивостью не менее 1350 О С, для цветного литья термохимическая устойчивость глин не ограничивается.

Для изготовления формовочных и стержневых смесей, кроме песка и глины, применяют органические и неорганические связующие материалы. Органические связующие материалы сгорают и разлагаются при высоких температурах. К этим материалам относят льняное масло, олифу, крепетель (растительное масло, канифоль, уайт-спирт), пек торфяной и древесный, канифоль, пектиновый клей, патоку и ряд других. В качестве неорганических связующих используют цемент и жидкое стекло.

В литейных цехах, имеющих механизированные землеприготовительные заготовки, пользуются единой формовочной смесью. В цехах с меньшей степенью механизации употребляют облицовочные и наполнительные смеси, первые более качественные и служат для образования внутреннего, соприкасающегося с отливкой слоя.

Материалы для стержней – стержневые смеси – выбирают в зависимости от конфигурации стержней, их расположения в форме. Они должны иметь высокую прочность, обладать достаточной податливостью, чтобы не препятствовать усадке металла, хорошей газопроницаемостью. В производстве отливок из сталей и чугуна для приготовления таких стержней применяют качественные песчано-масляно-смоляные смеси (чистый кварцевый песок и полимерный связующий материал — смола или жидкое стекло). Стержни менее ответственные с более толстым сечением изготавливают из смесей, состоящих из 91-97% SiO2 и 3-4% глины с добавлением жидкого стекла или других связующих. Для массивных стержней используют менее качественные смеси, изготовленные из 30-70% SiO2, 20-60% оборотной земли и 7-10% глины, являющейся основным связующим.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм противопригарными материалами служат припылы, в качестве которых используют порошкообразный графит (для чугунных отливок) и пылевидный кварц (для стальных отливок). Для сухих форм приготавливают противопригарные краски. Краски представляют собой водные суспензии из тех же материалов графит (для чугуна), кварц (для стали) со связующими. Краски наносят на горячие формы и стержни, не успевшие остыть после сушки.

1.3 Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке. Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Технология литейного производства

Литейное производство является одним из наиболее распространенных и универсальных способов изготовления заготовок деталей. Основная продукция литейного производства — сложные (фасонные) заготовки деталей, называемые отливками. Отливки получают заливкой расплавленного металла в литейную форму, внутренняя рабочая полость которой имеет конфигурацию отливки. После затвердевания и охлаждения отливку извлекают из литейной формы. При этом форму разрушают (разовая литейная форма) или разбирают на части для повторного использования (многократная литейная форма) [2].

Отливки получают литьем в песчаную литейную форму, в оболочковую литейную форму, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежным литьем и другими способами. Выбор способа литья определяется его технологическими возможностями и технико-экономическими показателями.

Наиболее универсальным, но менее точным, является способ литья в песчаную форму. Специальными методами литья получают отливки повышенной точности, более высокого класса шероховатости поверхности и минимальными припусками на механическую обработку.

Основное достоинство формообразования заготовок литьем, которое выгодно отличает его от других методов формообразования заготовок, — возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Качество отливки во многом определяется процессами взаимодействия литейной формы и отливки. Эти взаимодействия (силовое, тепловое, химическое) проявляются во время заливки литейной формы расплавом и во время затвердевания отливки. Силовое воздействие струи расплава при заливке может привести к размыву участков формы и возникновению дефектов. Тепловое взаимодействие, проявляющееся в охлаждении металла и нагреве формы, вызывает расширение рабочего слоя формы, выделение газов из формы и стержней. Химическое взаимодействие проявляется в образовании химических соединений на поверхности контакта отливка — форма.

Литейные свойства сплавов, которые характеризуют поведение сплава в процессе изготовления отливок, следует рассматривать с учетом взаимодействия литейной формы и отливки.

Изучите основные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадку, склонность к трещинообразованию и газопоглощению, ликвацию. Запомните, к каким дефектам приводят низкие показатели литейных свойств конструкционного материала, какие технологические меры используют для предупреждения образования дефектов.

Важной предпосылкой получения отливок без дефектов является правильная их конструкция. Изучите особенности конструирования отливок с учетом литейных свойств конструкционного материала и способов литья, основные принципы которых изложены ниже.

Изготовление отливок в песчаных литейных формах. Рассмотрите последовательность изготовления отливки в песчаной литейной форме. Для изготовления песчаной литейной формы используют модельный комплект, опочную оснастку и формовочные материалы.

В модельный комплект входят: модель отливки или модельные плиты, стержневые ящики, модели литниково-питающей системы. Уясните, в каких случаях целесообразно применять деревянные модельные комплекты, а в каких металлические. Модельные комплекты изготавливают из древесины, металла и пластмасс. Приведите примеры конструкций моделей, модельных плит, стержневых ящиков, литниковых систем.

Обратите внимание на теплофизические свойства формовочных и стержневых смесей и различие формовочных смесей для отливок из стали, чугуна и цветных сплавов. К стержневым смесям предъявляют повышенные требования, так как стержень находится в менее благоприятных условиях, чем форма.

Литейные формы и стержни изготавливают вручную и на машинах. Особое внимание обратите на изучение способов ручного изготовления в парных опоках, так как этот способ чаще всего используется в ремонтных мастерских. Стержни изготавливают ручным способом, на пескодувных и пескострельных машинах. Технологические меры, обеспечивающие высокое качество стержней, состоят в применении каркасов, изготовлении вентиляционных каналов. Заливка собранных форм может производиться на конвейерах, где они охлаждаются до температуры выбивки. Выбивку отливок из форм и стержней из отливок производят на вибрационных решетках или вручную.

Рассмотрите способы удаления литниковой системы, прибылей; способы очистки отливок от пригоревшей смеси и заусенцев.

Изготовление отливок в оболочковых формах. Рассмотрите схему процесса формирования оболочек, последовательность изготовления оболочек, сборку форм и подготовку их к заливке расплавленным металлом. Обратите внимание на состав и свойства формовочной смеси и особенности литейной оснастки, применяемой при изготовлении форм и стержней. Отметьте основные достоинства и недостатки изготовления отливок в оболочковых формах. Уясните технологические возможности способа и области применения отливок [7].

Изготовление отливок по выплавляемым моделям. Проследите последовательность изготовления моделей из легкоплавкого состава в пресс-формах, сборку моделей в блок, изготовление литейной формы, подготовку ее к заливке, заливку расплавленным металлом, выбивку и очистку отливок. Отметьте технологические особенности способа, основные преимущества и недостатки литья по выплавляемым моделям. Обратите внимание на технологические возможности и области применения способа.

Читать еще:  Шипорезный станок по дереву своими руками

Изготовление отливок литьем в кокиль. Сущность процесса заключается в свободной заливке расплавленного металла в металлические формы — кокили. Рассмотрите типы кокилей, последовательность изготовления отливок. Обратите внимание на устройство каналов для отвода газов из полостей форм и на устройства, используемые для удаления отливок, а также конструкции металлических стержней. Уясните назначение предварительного подогрева форм, теплозащитных покрытий, наносимых на рабочие поверхности форм, на последовательность сборки кокилей. Особенности литья в кокиль — повышенные скорости охлаждения и затвердевания отливок, что в одних случаях способствует получению мелкозернистой структуры и повышению механических свойств, а в других — вызывает отбел (в случае чугунного литья). Отметьте основные достоинства и недостатки литья в кокили. Уясните технологические возможности способа и области его применения.

Изготовление отливок под давлением. Рассмотрите устройство машин для литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования и горячей камерой прессования. Запомните последовательность изготовления отливок, устройство пресс-форм и приспособлений для удаления отливок.

Изготовление отливок центробежным литьем. Рассмотрите устройство машин с горизонтальной и вертикальной осями вращения и последовательность изготовления отливок. Отметьте достоинства и недостатки центробежного литья, технологические возможности способа и области применения. Изготовление отливок из различных сплавов имеет свои особенности.

Отливки из серого чугуна. Чугун — многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими элементами — является наиболее распространенным материалом для изготовления фасонных отливок. По структуре основы и форме графитовых включений чугун делят на белый, серый, высокопрочный и ковкий. Структура металлической основы и форма графитовых включений определяют механические свойства чугуна. На структуру чугуна влияют: химический состав, скорость охлаждения отливки, легирующие элементы, модифицирование и термическая обработка. Серый чугун — самый дешевый конструкционный материал, обладающий высокой прочностью и износостойкостью, малой чувствительностью к внешним надрезам, высокой демпфирующей способностью. Запомните методы повышения прочности чугуна (легирование, модифицирование), характеристики литейных свойств чугуна.

Отливки из высокопрочного чугуна. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом получают путем введения в расплавленный металл магния, церия и других элементов в малых количествах. Чугун с шаровидным графитом наряду с высокой прочностью обладает достаточно высокой пластичностью, однако имеет большую склонность к образованию усадочных раковин, усадочной пористости и холодных трещин. Это необходимо иметь в виду при изготовлении литейных форм и при заливке чугуна в литейные формы [3].

Отливки из ковкого чугуна. Эти отливки получают из белого чугуна с последующим отжигом для разложения цементита и получения графита хлопьевидной формы. При изучении технологии изготовления отливок обратите внимание на повышенную усадку белого чугуна, низкую жидкотекучесть и более высокую склонность к образованию трещин. Все это необходимо учитывать при изготовлении литейных форм и повышать температуру чугуна, заливаемого в форму.

Отливки из стали. Сталь широко применяют для изготовления деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошими пластическими свойствами, быть надежными и долговечными в эксплуатации. В нелегированных сталях углерод является основным элементам, определяющим механические и эксплуатационные свойства, а в легированных еще и содержание легирующих элементов.

Формовочные смеси должны обладать повышенной огнеупорностью из-за более высокой температуры заливаемой стали по сравнению с чугуном. Все это необходимо учитывать при выборе параметров технологического процесса.

Отливки из медных сплавов. Изготовление отливок из медных сплавов затруднено из-за повышенной усадки и образования оксидных пленок на поверхностях отливок, а так же повышенной склонности к ликвации. Поэтому необходимо обращать внимание на мероприятия, предотвращающие эти явления.

Отливки из алюминиевых сплавов. Изучите механические, эксплуатационные и литейные свойства сплавов. Алюминиевые сплавы плавят в электрических печах сопротивления и индукционных печах промышленной частоты. Уясните назначение и сущность процессов рафинирования и модифицирования.

Рассмотрите особенности изготовления отливок из алюминиевых сплавов при литье в песчаные формы, кокили, под давлением и меры предупреждения образования усадочных раковин, пористости и трещин в отливках. Для улучшения механических свойств алюминиевые отливки подвергают термической обработке.

Отливки из магниевых сплавов. Изготовление отливок из магниевых сплавов затруднено из-за высокой химической активности и низких литейных свойств этих сплавов. Рассматривая особенности изготовления отливок при литье в песчаные формы, кокили, под давлением, обратите внимание на подвод металла в форму, конструкцию литниковых систем, на назначение фильтровальных сеток и меры предупреждения образования усадочных раковин, пористости и трещин. Для предупреждения загорания магния в формовочную смесь вводят специальные присадки из фтористых солей, мочевины, а струю расплавленного металла припыляют серным порошком; для улучшения механических свойств отливки подвергают термической обработке.

Отливки из сплавов титана. Обратите внимание на высокую химическую активность сплавов титана и особенности процесса плавки. Отливки из титана и его сплавов изготавливают в медных кокилях, в формах из плотного графита, в оболочковых формах из высокоогнеупорных нейтральных окислов или графитового порошка на смоляной связке. Мелкие сложные отливки изготавливают литьем по выплавляемым моделям. Материалом для форм служат цирконий, диоксид циркония, а связующим этилсиликат. Литниковая система должна обеспечивать быстрое заполнение формы и достаточное питание толстых сечений отливки.

Технический контроль ведут на всех стадиях изготовления отливок, начиная с приготовления формовочных и стержневых смесей, изготовления литейной оснастки, форм и стержней. Виды брака отливок могут быть следующими: газовые и усадочные раковины, горячие и холодные трещины, спаи, недоливы. Уясните причины их образования и методы предупреждения. Ознакомьтесь с современными методами контроля в литейном производстве.

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Литьем называется технологический процесс получения деталей из жидкого металла в литейных формах. Литейная форма представляет собой элемент, имеющий внутреннюю полость, которая формирует деталь при ее заполнении расправленным металлом. После остывания затвердевания металла форма разрушается или раскрывается и извлекается деталь с заданной конфигурацией и требуемыми размерами (рис. 13.1). Изделия, полученные этим способом, называют отливками. Изготовление изделий способом литья называется литейным производством.

Литейное производство является одним из важнейших производств в машиностроении. Литые заготовки потребляет большинство отраслей народного хозяйства. Вес литых деталей в машинах состав-

Рис. 13.1. Схема литейной формы и отливки ляет в среднем 40—80%, а стоимость и трудоемкость их изготовления — примерно 25% всех затрат на изделие.

Способ получения деталей отливкой является более дешевым по сравнению с ковкой и штамповкой, так как литые заготовки по размерам и конфигурации в наибольшей мере приближаются к готовым деталям, а объем их механической обработки меньше, чем на заготовках, получаемых другими методами. Литьем изготавливают отливки очень сложной конфигурации, в особенности полые, которые нельзя изготовить ковкой, штамповкой или иной механической обработкой из прокатанного или прессованного материала, например блоки цилиндров, станины станков, лопасти турбин, зубчатые колеса, газовую и водопроводную арматуры и много другое. Вес литых деталей не ограничен — от нескольких граммов до десятков тонн. Только литьем можно получить изделия из различных сплавов, любых габаритов, сложности и веса, за сравнительно короткое время, с достаточно высокими механическими и эксплуатационным свойствами.

Литейные цехи, в которых осуществляется литейное производство, классифицируются в зависимости от используемого сплава, технологии производства литья, развеса отливок и т.д. (рис. 13.2).

По виду используемого сплава (металла) различают цеха: чугунолитейные, стального литья и цветного литья.

В чугунолитейных цехах изготавливают отливки из серого, высокопрочного, ковкого и иных видов чугуна.

В цехах стального литья изготавливают отливки из литейных сталей: углеродистых, конструкционных, жаропрочных, спецсталей и т.д.

В цехах цветного литья используют такие металлы и сплавы, как: алюминий, медь, магний, цинк, титан, бронза, латунь и т.д.

По массе и габаритам отливки литейные цеха могут относиться к легкому, среднему, крупному, тяжелому и особо тяжелому развесу, или по другой классификации — цеха мелкого, среднего или крупногабаритного литья.

По видам литья литейное производство классифицируется на литье в песчано-глинистые формы и специальное литье.

Под специальными видами литья подразумевают литье в кокиль (постоянные металлические формы), центробежное литье, литье по выплавляемым моделям (точное литье), литье по выжигаемым моделям, литье под давлением (высоким или низким), корковое литье и др.

Наибольшее распространение в литейном производстве находит литье в песчано-глинистые формы. Литейные формы изготавливаются из формовочных смесей. Основными компонентами формовочных смесей являются песок и глина, поэтому до сих пор этот вид

Рис. 13.2. Основные группировки литейных производств литья называют «литье в землю». На долю литья в землю приходится свыше 75% общего выпуска отливок. Они относятся к разовым формам, поскольку извлечение отливки требует их разрушения. Для получения каждой последующей детали необходимо изготовление новой литейной формы. Процесс изготовления формы называется формовкой.

Формовочные смеси предназначены для изготовления литейной формы, а стержневые — стержней. Формовочные и стержневые смеси должны быть пластичными для получения отчетливого отпечатка; огнеупорными — для выдерживания высоких температур заливаемого металла; прочными — для выдерживания давления заливаемого металла; газопроницаемыми, т.е. способными пропускать выделяемые газы, а также противопригарными, способными не спекаться с расправленным металлом.

Стержни находятся в еще более тяжелых условиях. Поэтому стержневые смеси имеют более высокие характеристики свойств, чем формовочные смеси.

При формовке используются специальные приспособления, набор которых носит название модельного комплекта и опок.

Модельный комплект изготавливается для каждой детали отдельно, исходя из ее конфигурации и размеров. Он состоит из модели, элементов литниковой системы и подмодельной плиты. В том случае, если в конструкции детали имеются полости или отверстия, то в комплект входят и стержневые ящики.

Модель предназначена для образования наружного контура детали в литейной форме. Она изготавливается с литейными уклонами, припусками на последующую обработку и усадку металла.

Литниковой системой называется совокупность каналов, подводящих расплавленный металл в полость формы.

Подмодельная плита — приспособление, предназначенное для установки модели и литниковой системы.

Стержневой ящик предназначен для изготовления стержней, образующих внутренний контур полости детали.

Опоки представляют сбой жесткие рамки, в которых удерживается литейная форма во время ее транспортировки и заливки металлом.

Что касается литейных сплавов, то в литейном производстве применяются только те металлы и сплавы, которые обладают хорошими литейными свойствами: высокой жидкотекучестью, малой усадкой и малой склонностью к ликвации.

Жидкотекучестью называется способность металла заполнять полости формы.

Усадкой называются свойства металлов при остывании уменьшаться в размерах.

Читать еще:  Утепление металлического гаража своими руками

Ликвацией называется неоднородность по химическому составу различных частей отливки.

Литейное производство является одним из наиболее сложных в организационно-техническом отношении машиностроительных переделов. Организация литейных цехов, имеющая большое количество исходных данных, является трудоемким и сложным процессом. Однако разработаны типовые проекты основных участков литейных цехов с комплектом оборудования, типовой технологией и организацией производства.

Основой для проектирования цеха и всех его отделений служит программа цеха.

Способы изготовления отливок, их особенности и область применения показаны в табл. 13.1.

Литейные цеха, как правило, располагаются в отдельностоящих зданиях.

Для литейных цехов проектируют здания каркасного типа. Несущий каркас состоит из колонн, установленных на фундаментах и связанных балками и фермами. Колонные и опирающиеся на них фермы образуют поперечные рамы, которые связаны в продольном направлении фундаментными обвязочными балками, подкрановыми балками. В таком здании обеспечивается эффективная механическая вентиляция, аэрация и освещение.

Фундамент, колонны, стены и перекрытия образуют несущий остов здания, воспринимающий на себя все нагрузки. Кровельное покрытие зависит от типа покрытия здания, климатических условий местности и внутреннего режима помещения. Наиболее употребительны рулонные многослойные кровли из водостойких материалов, которые укладывают по битумной мастике на слой утеплителя. Так как здания имеют много пролетов, необходимо устроить внутренний отвод воды через воронки в кровле и стояки в ливневую канализацию. Кровля строиться по фонарному типу. Тип фонарей производственных зданий назначают в соответствии с технологическими и санитарно-гигиеническими требованиями и климатическими условиями района строительства. Устраиваемые на кровле производственных зданий фонари подразделяют на световые, аэрационные и светоаэрационные, по расположению относительно пролетов — на ленточные и точечные. Для центральной климатической зоны в помещениях с большими тепловыделениями применяются светоаэрационные двусторонние фонари с вертикальным остеклением.

На стадии разработки технико-экономического обоснования и при составлении задания на проектирование литейного цеха необходимо учесть:

  • 1) наличие подъездных путей, в том числе железнодорожных;
  • 2) наличие значительных энергетических ресурсов;
  • 3) преимущественное направление ветров;
  • 4) наличие очистных сооружений и мест складирования отходов производства;
  • 5) отдаленность от механообрабатывающих цехов и т.д.

Для правильного выбора типа зданий, систем отопления и вентиляции, а также несущих и ограждающих конструкций, во время технических изысканий необходимо собрать метеорологические данные: температуру и влажность воздуха, скорость ветра, количество дождевых осадков, глубину промерзания грунта и т.п.

Способы изготовления отливок, их особенность и область применения 1

Технологии литья

Изготовление металлических изделий методом литья – это широко распространенный способ получения деталей сложной конфигурации без использования дорогостоящего оборудования. Производители используют различные технологии литья. Благодаря этому детали можно получить такой точности, что не требуется дальнейшая механическая обработка. Автоматизация и механизация технологического процесса позволяет поставить получение отливок на поток.

Для литья пригодны такие металлы и сплавы как:

Для получения деталей определенного качества разрабатываются новые сплавы с различным процентным содержанием компонентов. От их наличия и количества во многом зависит температура плавления и жидкотекучесть расплава.

Новая технология в литье – прогрессивный способ разливки. Позволяет снизить себестоимость продукции в отличие от конкурирующих предприятий. Кроме издревле известных способов литья в землю или песчано-глинистые формы, для увеличения количества отливок используются неразрушаемые металлические формы – кокили.

Кроме перечисленных способов применяются такие методы литья как:

  • под давлением:
    • избыточным;
    • вакуумическим;
  • центробежное;
  • в оболочковые формы;
  • по моделям:
    • выплавляемым;
    • газифицируемым;
  • точное (прецизионное).

Для литья чугуна с невысоким показателем шероховатости поверхности используются песчано-глинистые формы. Разлив производится как в опочные формы, так и в безопочные.

Использование типа формы зависит от массовости получения отливок. Так, разовые формы разрушаются, чтобы извлечь отливку. Из-за невысокой прочности состава, формы, предназначенные для разлива под небольшим давлением, изготавливаются толстостенными. Благодаря введению специальных связывающих материалов, придающих дополнительную прочность, форма изготавливается небольшой толщины, но с использованием опоки.

Для цветного литья используются более прогрессивные технологии.

Литье алюминия из-за его низкой температуры плавления сопряжено с некоторыми трудностями. Если разлив производится в формы из металла, то под давлением и с использованием специальных смазок, чтобы исключить появление дефектов.

Для получения ровной наружной поверхности и точного размера на изделиях, имеющих форму вращения, не только из алюминиевых, но и из других сплавов, используется центробежное литье. Центробежные силы распределяют расплавленный металл по форме равномерно. К тому же из расплава удаляются излишки воздуха и газов. Далее ознакомимся с некоторыми технологическими способами литейного производства.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

  • крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
  • заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

  • сложной геометрической формы;
  • с достаточно тонкими стенками;
  • высокой точности;
  • с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

  • возможность получения размеров 9 класса и грубее;
  • достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
  • минимальная размер стенок — 0,6 мм;
  • минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
  • формирование наружной резьбы;
  • накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

  • высока цена на сами формы;
  • разлив металлов с низкой температурой плавления;
  • повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

  • малым значениями температуры в период кристаллизации;
  • пластичностью сплава;
  • хорошей жидкотекучестью;
  • инертностью к химическим реакциям;
  • невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

  • камера прессования:
    • горячая;
    • холодная;
  • способ разливки:
    • горизонтальный;
    • вертикальный;
  • механизм подачи сплава:
    • поршневой;
    • компрессорный.

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

При литье в кокиль, или в металлические формы, жидкий металл заливают свободно, то есть под действием гравитационных сил. Саму форму изготавливают разборной из двух частей, установленных на плиту. Для получения полостей и отверстий в предусмотренные канавки, в которые укладываются стержни. Для изготовления металлических форм используются стали и чугуны.

Процесс отлива в кокиль

Для удаления газов во время заливки предусматриваются вентиляционные каналы. Чтобы к внутренним поверхностям кокиля не прилипал расплав их облицовывают или красят огнеупорными составами. Толщина покрытия зависит от разливаемого металла и скорости его охлаждения. Перед покрытием полость формы очищается, а затем нагревается до температур 150 °С — 280 °С.

Особенности получения отливок:

  1. Из-за высокой теплопроводности сплавы в кокиле быстро остывают, поэтому сплавы с малой жидкотекучестью должны иметь максимальную толщину стенок. Высокая скорость остывания формирует мелкозернистую внутреннюю структуру.
  2. Металлическая форма неподатлива, поэтому в отливке отсутствуют дефекты, вызываемые остаточными деформациями, а также предотвращает усадку. Получаемая точность заготовок: стали и чугуны – 7-11 класс, цветные сплавы – 5-9 класс.
  3. Отсутствие пригара.
  4. Достигаемая шероховатость поверхности соответствует Rz = 40-10 мкм.
  5. Кокиль – газонепроницаемая конструкция. Вентиляционные каналы и огнеупорные покрытия не могут полностью отвести газы. В связи с этим газовые раковины – это частое явление.
  • постоянные характеристики для получаемых отливок;
  • возможность использования песчаных стержней;
  • высокая производительность;
  • малое количество производимых операций;
  • чистая поверхность готовых изделий;
  • механизация работ;
  • невысокая квалификация работников.
  • значительная стоимость формообразующей оснастки;
  • ограниченная стойкость форм;
  • быстрое остывание расплава.

В кокиль отливаются практически все металлы, но большинство отливок — это чугуны и литейные стали.

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Прецизионное литье

Прецизионное литье, обладающее повышенной точностью, применяется уже не одно десятилетие. С его помощью можно изделиям придать любую форму и при этом не увеличивать затраты на производство.

Прецизионное литье металлов характеризуется тем, что отливки имеют:

  • любую форму;
  • высокую точность;
  • минимальные припуски.

Данный способ литья используется при отливке мелких деталей весом от одного грамма до 10 кг.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector