Лекции по "Горячей обработке"

(производство  литых заготовок) 

      Литые заготовки-отливки получают путем  заливки расплавленного металла  или сплава в литейную форму.

В современном  машиностроенииобъем литых деталей  составляетот 50 до 80% от общего объема выпуска деталей. Масса литых  заготовок колеблется от граммов  до нескольких тонн. 

Основные  способы получения  литых заготовок 

      Существует  более 100 способов изготовления литых заготовок. Около 60% их получают литьем в песчано-глинистые формы. Эти формы обычно разрушаются в процессе извлечения (выбивки) отливок, поэтому такие формы называют разовыми.

      Форма состоит из двух полуформ, полученных набивкой (уплотнением) формовочной смеси в металлических или деревянных рамках-опоках. Для изготовления верхней и нижней полуформ используют разъемную модель. Отверстия в отливке получают с помощью стержней, ёизготавливаемых из специальной стержневой смеси. При сборке формы стержень устанавливают в углубление, отведенные в полуформе специальными выступами на модели, называемыми знаками.

      Металл  заливают через каналы, называемыми  литниковой системой. Вытесняемый при  заливке воздух и газы отводятся  через выпор.

 

Сечения стояка, шлакоуловителя и питателей  относятся как  F_ст>F_шл>F_пит

      Литниковые  системы бывают различных конструкций  в том числе верхние и нижние (сифонные). Последние обеспечивают спокойное заполнение формы расплавовм. 

      Формовочные смеси из которых делают разовые литейные формы должны обладать следующими механическими и технологическими свойствами:

      Механические: прочностью, поверхностной прочностью, пластичностью, податливостью

      Технологические:  текучестью, непригараемостью, негигроскопичностью, выбиваемостью, долговечностью, газопроницаемостью.

      Основным  исходным материалом для изготовления всех формовочных и стержневых смесей является кварцевый или цирконовый песок (SiO₂ или ZrOSiO₂ с t^o_пл 1713 и 2000^оС соответтвенно) и глина.

      Глина является связующим веществом, обеспечивающим прочность и пластичность форм. (Пластичность и сцепляемость частичек глины обеспечивают гидратные оболочки, образующиеся на поверхности глины в присутствии воды).

      Можно использовать каолиновые Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O и бетонитовые

Al₂O₃*4SiO₂*H₂O+nH₂O, последние имеют более высокую связующую способность.

      Песчано-глинистые  смеси делятся на облицовочные, наполнительные и единые.

      Облицовочная обладает высокой прочностью, газопроницаемостью; для нее используют большее количество свежих материалов (песка и глины).  При формовке ее наносят на модель слоем 40-100мм. Остальной объем формы изготавливают из наполнительной смеси - более низкого качества. Для нее используют оборотную смесь, бывшую в употреблении.

      Единые  формовочные смеси применяют в массовом производстве, при машинной формовке для заполнения всего объема формы. Они должны обладать высокими механическими и технологическими свойствами. Для улучшения механических и технологических свойств формовочных смесей в их состав вводят добавки. Для уменьшения пригара - каменноугольную пыль, пылевидный кварц - маршаллит.

      Для повышения податливости и газопроницаемости - древесные опилки (для чугунного  литья).

      Для уведличения прочности вводят коллоидные растворы органических веществ. Эти растворы повышают не только прочность, но и газопроницаемость.

      Стержневые  смеси. К этому виду смесей предъявляются особо высокие требования по прочности, термохимической устойчивости, податливости, газопроницаемости. Особенно эти требования необходимы для стержней сложной конфигурации.

      Наиболее  распространенным наполнителем для  стержневых смесей является  свежий песок с минимальным содержанием  глины. В качестве связующих используют, например, раствор ростительных масел  и канифоли в уайт-спирите и  другие связующие. Для неответственных стержней в смесь вводят оборотную смесь (20-60%) и до 10% глины и добавки древесного пека.

      Специальные формовочные смеси:

      1. Отверждаемые при продувке CO₂.

      2. Горячего отверждения.

      3. Самоотверждающиеся на воздухе  (ХТС).

      4. Жидкие самотвердеющие смеси  (ЖСС).

      Припылы и краски используют для предотвращения пригара и улучшения шероховатости поверхности отливок. Формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов.

      В качестве припылов используют порошковообразную смесь окиси магния, древесного угля, а также порошок графита.

      Для форм и стержней в последнее время  используют самотверждеющие и самовысыхающие краски, в которые в качестве противопригарных наполнителей вводят порошкообразный  графит, огнеупорную глину и др. Краски наносят на горячие формы. Время высыхания 0.5-2 часа.

Приготовление смесей

      Песчано-глинистые  смеси изготавливают в несколько  операций:

      1. Перемешивание компонентов.

      2. Увлажнение.

      3. Вылеживание.

      4. Разрыхление.

      Готовая смесь выдерживается 2-5 часов в бункерах для равномерного распределения влаги, затем разрыхляется и подается на формовку. 

Специальные способы литья

      Литье в оболочковые  формы.

      Форма состоит из двух оболочковых полуформ, соединяемых между собой по горизонтальной или вертикальной линии разъема путем склеивания или механическим методом (скобы, струбцины и т.п.).

      Полуформы изготавливаются из высокопрочных  песчано-смоляных смесей. Толщина оболочки полуформы 6-15 мм.

      Формование  оболочки производя двумя основными  способами: насыпом и пескодувным.

      При первом способе смесь насыпают на предварительно нагретую до 200-250^оС металлическую подмодельную плиту и модель. Смола плавится и затвердевает. За 10-20 с образуется полутвердая оболочка, толщиной 6-15мм. Для окончательного затвердевания модельную плиту с оболочкой помещают в электропечь с температурой 300-350^оС на 1-3 мин. Затем полуформу снимают с модельной плиты. Две полуформы скрепляются между собой для получения единой формы.

      При втором способе смесь с помощью  пескодувной головки вдувается в рабочую полость модели, обогреваемой электроподогревателем. Собранные формы укладываются для заливки на слой песка. Крупные формы для предохранения от коробления и разрушения устанавливают в контейнеры и засыпают чугунной дробью.

 
 
 

Преимущества  перед литьем в песчано-глинистые  формы:

• более высокая точность размеров;
• меньший расход формовочной смеси;
• меньшая шероховатость поверхности.

Недостатки:

• сравнительно небольшая масса отливок ( до 100 кг)

относительно высокая стоимость пульвербакелита и других связующих веществ. 
 
 
 
 
 
 

Литье по выплавляемым моделям

      Сущность  способа состоит в получении  изделия заливкой в неразъемные  тонкостенные керамические формы, изготовленные  с помощью моделей из легкоплавких материалов.

      Этим  способом получают отливки сложной  конфигурации.

      Для получения моделей по чертежу  отливки изготовляется проессформа, в которую заливается (запрессовывается) легкоплавкий состав на основе парафина, стеарина, канифоли и т.п.   t^o_пл 50-60^оС.

      После получения из прессформ полученные  модели собираются в блоки с единой литниковой системой, помещаются в  эмульсию из связующего состава и  обсыпаются песком. Так поступают  несколько раз с промежуточной  сушкой (3-8 слоев). В результате на поверхности модели образуется оболочка толщиной 5-8 мм.

      Затем модельный состав выплавляют из оболочки в ваннах с горячей водой, горячим  воздухом или паром (полигликоль 200-250^оС). Полученную модель заформовывают в неразъемные песчано-глинистые формы, прокаливают их при температуре 850-900^оС для удаления остатков модельного состава, завершения процесса твердения, для лучшего заполнения при заливке.

      В образованные полости заливают металл при нормальном давлении или 0.2-0.3 Па.

      Способ  используется для получения изделий из сплавов на основе железа, никеля, титана, меди и алюминия. Чаще всего его используют для получения отливок из специальных сталей и сплавов, плохо подвергающихся механической обработке.

      Масса отливок при литье по выплавляемым моделям от 50 до 500г.

Недостаток: значительная сложность и длительность цикла технологического процесса, высокая  себестоимость. 

Литье по газифицируемым моделям

      Суть  этого сравнительно нового способа  состоит в том, что литейная модель изготавливается из материала, способного переходить в газообразное состояние (газифицироваться) под действием тепла жидкого металла. Такая модель формуется в формовочную смесь и не извлекается из формы, а, газифицируясь, последовательно освобождает полость формы жидкому металлу, который затвердевая образует отливку.

      Материалом  для модели служит пенополистирол, Пары и газы отводятся через вентиляционные каналы.

      Метод особенно эффективен для получения  точных крупных отливок сложной  конфигурации. 

Литье в металлические  формы-кокили

      Этим  способом получают более 40% всех отливок практически из всех сталей, сплавов и чугунов.

      Металлические формы изготавливаются из серого чугуна, реже из стали или алюминиевых  сплавов. Эти формы используются многократно, поэтому их иногда называют постоянными.

      Из-за высокой теплопроводности кокилей  процесс кристаллизации жидкого  металла проходит с высокой скоростью, Это приводит к образованию мелкозернистой структуры отливки, что благоприятно отражается на ее механических свойствах. Однако при литье серого чугуна высокая скорость охлаждения может привести к появлению участков “отбела”, характеризущихся  высокой твердостью и плохо поддающихся обработке резанием.

      Для получения полостей в отливках используют металлические или песчаные (для  крупных отливок) стержни.

      Недостатки:

• затруднена усадка металла из-за малой податливости формы (нельзя получать отливки сложной конфигурации);
• отсутствие газопроницаемости формы приводит к образованию подкорковых раковин;
• высокая стоимость формы и ее низкая стойкость

 

Литье под давлением

      Металл  заливают в постоянные стальные формы  под давлением 3-5 Па. Метод применяется  для массового изготовления небольших  по массе отливок преимущественно  из  легкоплавких сплавов.

      Способ  обеспечивает высокую производительность, точность размеров и хорошее качество поверхности.

      Масса отливок от нескольких граммов до 50 кг.