Литье материалов

Исторически сложилось деление этих процессов на традиционные под которыми чаще всего подразумевают лишь литье в песчаноглинистые формы и все остальные – специальные технологии литья. Главным признаком традиционного метода литья можно считать важнейшие характеристики основного инструмента технологического процесса – литейной формы. Дополнительный обязательный признак – заполнение формы расплавом гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему. Остальные характеристики литейной формы объемная оболочковая опочная...

2014-07-07

300.8 KB

13 чел.


Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск


PAGE  26

Лекция. Литье материалов.

1 Введение. Основные сведения о литейном производстве

Литейное производство – одно из старейших и в настоящее время основных способов получения металлических деталей для различных отраслей промышленности. Литые детали используются не только в машино- и приборостроении, но и в домостроении и дорожном строительстве, а также являются предметами быта и культуры. Это обусловлено тем, что литьем можно получить детали из различных сплавов, практически любой конфигурации, структуры, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких граммов до нескольких сот тонн, с разными эксплуатационными свойствами.

При необходимости и экономической оправданности перечисленные показатели достигаются без применения других технологических процессов (механической обработки, сварки, термической обработки и др.).

Основное направление совершенствования любого производствамодернизация известных и создание новых технологических процессов, уменьшающих расход материалов, снижающих затраты труда и энергии, улучшающих условия труда, устраняющих (или уменьшающих) вредное воздействие на окружающую среду и в конечном счете повышающих эффективность производства и качество продукции. В рассмотренном смысле литейное производство не является исключением.

В настоящее время для получения литых деталей используют несколько десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось деление этих процессов на традиционные, под которыми чаще всего подразумевают лишь литье в песчано-глинистые формы, и все остальные – специальные технологии литья. С ростом числа различных процессов и вариантов получения отливок все острее ощущается необходимость в более четкой и детальной их классификации по основным общим признакам. Это даст возможность систематизировать изложение сущности разных процессов, облегчит понимание заложенных в них принципов и создание новых более эффективных способов литья.

Главным признаком традиционного метода литья можно считать важнейшие характеристики основного инструмента технологического процессалитейной формы. Это прежде всего разовая, разъемная литейная форма из дисперсных огнеупорных материалов, упрочняемых механическими, химическими, физическими или комбинированными способами при ее изготовлении.

Дополнительный, обязательный признакзаполнение формы расплавом гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему.

1.1 Типы литейного производства

Литейное производство разделяют на три основных типа: массовое, серийное и единичное.

Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском отливок ограниченной номенклатуры большими партиями. Примером могут служить литейные цехи автомобильных, тракторных и других подобных предприятий.

Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.

Серийное производство характеризуется определенной периодичностью выпуска отливок ограниченной или широкой номенклатуры партиями (сериями). Примером является выпуск литых заготовок станкостроительными заводами. При серийном производстве можно выделить сходные группы отливок по габаритным размерам и массе, а также механизировать и автоматизировать отдельные операции. Эти условия являются наиболее благоприятными для внедрения передовой технологии при изготовлении определенной группы отливок.

Единичное производство характеризуется выпуском разнообразных отливок в небольших количествах, а иногда отдельных сложных литых деталей для опытных образцов станков, приборов, машин. В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную, так как различная номенклатура выпускаемых отливок не позволяет механизировать их производство. Примером единичного производства может служить выпуск уникальных корпусов турбин, станин, деталей экскаваторов, мощных прессов и других машин.

Основным производственным подразделением предприятия является цех, в котором изготовляется продукция (или часть ее) или выполняется определенная стадия производства. В машиностроении цехи, как правило, подразделяют на основные, вспомогательные и побочные.

Задачей основных цехов является изготовление основной продукции, предназначенной для реализации. Основные цехи машиностроительных заводов делят на заготовительные (литейные (чугунолитейный, сталелитейный, цех литья под давлением), кузнечный или кузнечно-прессовый, термический и др.), механические и сборочные.

Остальные характеристики литейной формы (объемная, оболочковая, опочная, безопочная, кесонная и т. д.), составы и свойства формовочных смесей, способы их уплотнения или упрочнения, характеристики отливок и сплавов для их изготовления, типы производства и другие характеристики, определяют лишь варианты этого технологического процесса и оборудование для выполнения конкретных операций.

Указанный технологический процесс и варианты его осуществления – предмет рассмотрения дисциплины «Технология литейного производства».

Из многочисленных разнообразных специальных технологий литья в первую очередь целесообразно выделить способы, обладающие характерными признаками, отличными от традиционной технологии.

Рассмотрим способы литья, отличающиеся применяемыми инструментами – литейными формами.

I. Литье в разовые неразъемные литейные формы из дисперсных огнеупорных материалов с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему, как в традиционной технологии.

Особенность этого способа – использование разовой модели, которую для удаления из неразъемной формы разрушают до или в процессе заполнения формы расплавом. В этот способ входят литье по выплавляемым, выжигаемым, растворяемым и газифицируемым моделям. В настоящее время наибольшее распространение получило литье по выплавляемым моделям, а новым и развивающимся процессом является литье с использованием моделей из фотополимерных материалов.

II. Литье в полупостоянные или постоянные разъемные формы с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему.

Общая характеристика этого способа – разборная литейная форма, состоящая из полупостоянных (или постоянных) и разовых элементов. Конструкция формы должна позволять извлекать отливку без повреждения многократно используемых элементов формы. Основной метод – литье в кокиль.

Известно также литье в углеродные (графитовые) формы.

Характерные признаки следующих способов – дополнительные воздействия на расплав при заполнении формы и затвердевании отливки. В этих случаях тип и конструкция литейной формы определяются требованиями к отливке и параметрами воздействия на расплав и кристаллизующуюся отливку.

III. Литье с различными дополнительными воздействиями на расплав при заполнении формы в целях получения, главным образом, тонкостенных отливок или отливок с массивными и тонкими частями:

1) запрессовка металла в форму с высокими скоростями поршневой системы (литье под давлением), при этом применяются лишь металлические разъемные литейные формы (пресс-формы) и не исключается использование стержней и формообразующих вставок из дисперсных огнеупорных материалов;

2) литье под регулируемым, относительно невысоким газовым давлением (литье под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием и др.), что позволяет применять разъемные и неразъемные литейные формы из любых материалов, обладающих достаточной огнеупорностью и прочностью;

3) центробежное литье фасонных отливок с возможностью использования разнообразных конструкций литейных форм. Однако при центробежном литье тел вращения (труб, втулок, гильз и др.) обычно применяют формы специальной конструкции – изложницы;

4) способы, основанные на других принципах заполнения формы (литье выжиманием, погружением форм в расплав и др.).

Конечно, воздействия на расплав продолжаются и после заполнения им формы, что способствует повышению плотности отливок и качества их поверхности.

Приведем способы, в которых наиболее значимо воздействие на расплав в период затвердевания. Такие способы используют для получения особо плотных отливок со специальной микроструктурой.

IV. Литье под всесторонним газовым давлением (автоклавное литье) с применением литейных форм из различных материалов; литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка) с использованием металлических форм.

V. Литье с воздействием на расплав, оказывающим существенное влияние на формирование микроструктуры отливок. К таким способам можно отнести способы с электрическим и электромагнитным воздействием на расплав до, во время или после его поступления в форму, с ультразвуковой обработкой расплава и др.

VI. Способы, основанные на формировании свойств отливок при непрерывных и полунепрерывных процессах литья: непрерывном литье с использованием стационарных и подвижных кристаллизаторов; литье вытягиванием из расплава и полунепрерывном литье для получения отливок постоянного профиля по длине; электрошлаковом литье, литье с последовательным заполнением, литье намораживанием и другие способы для получения фасонных отливок.

VII. Способы получения отливок с различными специальными свойствами: армированных отливок; отливок из композиционных материалов и др.

В производстве литых заготовок специальные технологии литья занимают значительное место. Традиционным литьем в песчано-глинистую форму получают 70…75 % отливок от общего объема производства и только 25…30 % отливок – специальными технологиями литья (это далеко не точно характеризует объем производства специальными технологиями литья). Как правило, специальными технологиями обычно изготовляют некрупные отливки из черных сплавов и большинство легких отливок из цветных сплавов. Поэтому по количеству получаемых отливок специальные технологии литья не уступают традиционному литью в песчано-глинистые формы.

Следует отметить, что влияние специальных технологий литья в промышленности не одинаково. Они обладают разной универсальностью, а некоторые из упомянутых выше способов находятся в стадии разработки или освоения. Описать все существующие методы в рамках одного учебника невозможно, так как это задача справочной и специальной литературы.

1.2 Принципы конструирования деталей из литых заготовок

Конструкция отливки должна отвечать служебным требованиям детали, технологии ее изготовления, технологии механической обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволинейными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты детали, устранению выступающих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и поднутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.

Внутренние полости литых деталей следует конструировать открытыми, без поднутрений, что позволит изготовить отливку без применения стержней. Если при изготовлении отливки обойтись без стержней невозможно, то при конструировании литой детали необходимо предусматривать отверстия и окна максимальных размеров в достаточном числе для обеспечения устойчивости стержней в литейной форме, точности их установки, легкого удаления стержней и каркасов из отливки при ее очистке.

Стенка литой детали объединяет все ее рабочие элементы (гнезда подшипников, фланцы, поверхности скольжения и качения и др.), придает в значительной степени требуемую конфигурацию, жесткость и прочность.

Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава, Характерной особенностью многих отливок является сочетание массивных направляющих с относительно тонкими стенками, применение ребер жесткости и разветвленных внутренних полостей, разделенных перегородками. Для предупреждения возникновения усадочных раковин и трещин в отливках должны быть правильно выполнены переходы от одного сечения к другому (рисунок 1).

Ребра жесткости создают местные скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин и трещин. Для устранения этого дефекта необходимо Х - образные сечения заменять Т - образными, а соединения ребер со стенками отливки располагать под прямым углом. При пересечении в одной точке нескольких ребер рекомендуется делать кольцевое ребро и присоединять к нему радиальные ребра на достаточном расстоянии друг от друга. Толщина ребер обычно составляет 0,8 толщины стенки отливки.

Для предупреждения образования усадочных раковин в массивных отливках, из сплавов имеющих повышенную усадку, при конструировании должен быть применен принцип направленного или одновременного затвердевания. При направленном затвердевании толщина стенки отливки плавно увеличивается снизу вверх. Кристаллизация металла происходит от тонких сечений отливки, расположенных в нижней части формы, к более массивным сечениям, располагающимся в верхней части формы. При одновременном твердении сечения отливок имеют одинаковую толщину, как в нижней, так и в верхней части детали.

Иногда бывает целесообразным крупные и сложные литые конструкции разделить на более простые элементы или детали с последующим соединением их между собой сваркой, болтовыми соединениями и другими способами. При этом рекомендуется упрощать наиболее сложные и крупные детали и усложнять наиболее простые из стыкуемых деталей. Выступающие части корпусных деталей делают съемными. Для повышения жесткости, уменьшения массы и сокращения объема механической обработки объединяют несколько простых деталей в одну. Конструкция литой детали должна обеспечивать возможность получения ее габаритных размеров, сечений и массы с заданной точностью. Для этого необходимо предусматривать конструктивные уклоны на необрабатываемых поверхностях.

а) – при отношении А/а < 1,75; б) - при отношении А/а > 1,75

Рисунок 1 - Рекомендуемые переходы от массивных к тонким сечениям отливок при различных их отношениях/

Отдельные бобышки и приливы необходимо объединять в один общий прилив и доводить его до плоскости разъема или основания. Для облегчения пригонки сопрягаемых деталей в ее конструкции предусматривают пояски, отбортовку и т. п., что позволяет компенсировать допустимые отклонения в размерах отливки.

1.2.1 Технологическая характеристика отливок

Существует несколько принципов классификации отливок, в том числе, по методу формовки и по видам форм, по условиям приемки и по классам точности, по марке материала, из которого они изготовлены и т.д.

Среди отливок до 80 % по массе занимают детали, изготовляемые литьем в песчаные формы. Метод является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритам отливок. Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но позволяют получать отливки повышенного качества с минимальным объемом механической обработки.

Ответственные и особо ответственные отливки испытывают на прочность. При литье в песчаные формы по деревянным моделям и при формовании стержней в деревянных ящиках можно получить точность не выше 3-го класса. Точность повышают, применяя металлические модели и стержневые ящики, механизацию формовки, формовку в стержневых формах, в постоянных формах, а также тщательно соблюдая технологический процесс литья.

Наименьшие отклонения размеров отливки дает формовка в одной опоке. При формовке в двух или нескольких опоках возникают отклонения в результате смещения одной опоки относительно другой.

Отливки 1 класса точности обеспечиваются формовкой по металлическим моделям с механизированным выемом моделей из форм и с заливкой металла в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют в условиях массового производства и для изготовления наиболее сложных по конфигурации тонкостенных отливок.

Отливки 2 класса точности обеспечиваются формовкой с механизированным выемом деревянной модели, закрепляемой на легкосъемных металлических плитах, из форм и с заливкой в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют для получения отливок в серийном производстве.

Отливки 3 класса точности обеспечиваются ручной формовкой в песчаные формы, а также машинной формовкой по координатным плитам с незакрепленными моделями. Этот способ является оптимальным для изготовления отливок любой сложности, любых размеров и массы из разных литейных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве.

Верхняя опока (рисунок 1) может сместиться относительно нижней на величину зазора а в центрирующих штырях с соответствующим смещением всех вертикальных поверхностей, формуемых в верхней опоке, в результате чего номинальная толщина стенок может сильно измениться.

Отклонения горизонтальных поверхностей происходят в результате неточной установки стержней в вертикальном направлении, попадания сора на поверхности стыка опок и стержней и т. д.

Как правило, поверхности, формуемые в нижней опоке, точнее поверхностей, формуемых в верхней опоке; поверхности, формуемые моделью, точнее поверхностей, формуемых внутренними стержнями.

Другие причины неточностей: отклонения размеров модельного комплекта от номинала; изменение размеров стержней при сушке; рассыхание моделей при хранении; изменение размеров формы в результате расталкивания моделей при выемке; колебания усадки из-за различной податливости стержней; коробление отливки под действием усадочных напряжений.

Рисунок 1 – Причины возникновения неточностей при получении отливки в двух опоках

Поверхности, формуемые стержнями, могут сместиться относительно поверхностей, формуемых моделью, из-за неточной установки стержня в форме (смещение b на рисунке 1). Наибольшей величины достигают смещения в верхней полуформе, где суммируются смещения для полуформы и стержня.

Колебания размеров отливки имеют особое значение на участках сопряжения черных стенок с поверхностями, подвергающимися механической обработке. Точность механической обработки во много раз выше точности литейных размеров.

Возможности повышения производительности процессов литья, точности размеров и качества отливок расширяются при их изготовлении в автоматизированных комплексах, в которых используются новые механизмы для уплотнения смеси, применяются электронные схемы управления технологическими процессами и счетно-решающие устройства для выбора оптимальных режимов.

Прогрессивно применение покрытия литейной формы для поверхностного легирования отливок. Так карбидообразующие легирующие элементы (теллур, углерод, марганец) повышают износостойкость формы и устраняют рыхлость отливок; графитизирующие легирующие элементы (кремний, титан, алюминий) устраняют отбел, уменьшают остаточные напряжения и улучшают обрабатываемость отливок. Применение жидкоподвижных смесей при литье в песчаные формы повышает производительность труда, снижает трудоемкость изготовления формы и стержней от 3 до 5 раз, исключает ручной труд и позволяет полностью механизировать и автоматизировать производство изготовления форм и стержней независимо от их размеров, конфигурации и номенклатуры.

При производстве крупных отливок применение регулируемого охлаждения формы позволяет сократить продолжительность охлаждения в литейной форме отливок массой до 200 т в 2 раза по сравнению с естественным охлаждением.

1.2.2 Основные правила для проектирования отливок

Конструкция отливки считается технологичной, если она отвечает требованиям литейного производства и техническим условиям изготовления.

К требованиям литейного производства относят: возможность изготовления отливки высокого качества доступными методами и приемами литейной технологии с учетом имеющегося оборудования.

Основные правила проектирования отливки следующие:

1) части ответственного назначения располагать в нижней части формы;

2) по возможности располагать отливку в одной (нижней) полуформе;

3) использовать минимально допустимое число стержней (по возможности не применять их);

4) по возможности не крепить стержни в верхней полуформе;

5) обеспечить хорошую вентиляцию стержней;

6) не допускать наличия жеребеек (приспособления для крепления стержней) в ответственной части отливки;

7) прибыли располагать только над массивными частями отливок или около них размещать боковые питающие бобышки;

8) не допускать наличия узких болванов (сужений) как в форме, так и в стержнях;

9) по возможности объединять заготовки с последующей их разрезкой.

1.2.3 Разработка и технология получения литой заготовки

Технология производства отливок слагается из следующих основных процессов:

- изготовление моделей и стержневых ящиков;

- приготовление формовочной и стержневой смеси;

- изготовление форм и стержней;

- сушка форм и стержней

- расплавление металла и заливка формы;

- выбивки отливок из форм и стержней из отливок.

Разработка технологии состоит из выбора и обоснования материала заготовки (отливки), способа литья, способа изготовления литейной формы, конструирования модели и стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы, разработки последовательностей технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки отливок, методов и способов контроля качества литой заготовки.

1.2.4 Допуски размеров

Допустимые отклонения размеров отливок из сплавов черных металлов и приведены в таблице 3.

Технологичность конструкций отливок характеризуется условиями формовки, заливки формы жидким металлом, остывания, выбивки, обрубки.

На выполнение основных операций технологического процесса получения отливки влияют уклоны, толщина стенок, размерные соотношения стержней и другие условия. Большое влияние на технологию последующей обработки отливок оказывает наличие в них отверстий. При массовом производстве в отливках обычно получают отверстия диаметром свыше 20 мм, при серийном - диаметром свыше 30 мм и при единичном - диаметром свыше 50 мм.

Обрабатываемые отверстия некруглого профиля выполняют литьем, если диаметры вписанных окружностей соответствуют приведенным выше нормам.

Предъявляемые к отливке требования по точности размеров зависят от ее функционального назначения, т. е. от условий, в которых литая деталь и ее отдельные элементы будут эксплуатироваться.

Рекомендуется следующее расположение полей допусков для размеров элементов отливки:

- односторонне — «в тело» для элементов отливки, расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке; при этом для охватывающих элементов типа «отверстие» - «в плюс», а для охватываемых типа «вал» — «в минус»;

- симметричное — для всех остальных размеров отливок, не подвергаемых, а также подвергаемых механической обработке.

Точность размеров отливок зависит не только от технологии производства, но и от наибольшего габаритного размера отливки и ее сложности. При этом в одной и той же отливке точность отдельных се элементов неодинакова, так как зависит от условий формирования этих элементов в форме. Классификация отливок по сложности предусматривает деление их на пять групп сложности.

К группе 1 относятся отливки простой геометрической формы: плоские, круглые или полусферические; наружные поверхности - гладкие или плоские с наличием невысоких ребер, бобышек, фланцев, отверстий, выступов и углублений. Наружные поверхности изготовляют без стержней или съемных частей. Внутренние полости неглубокие; выполняются преимущественно «болваном» или простым стержнем; внутренняя поверхность гладкая, без выступов или углублений (рисунок 2 - 1).

Рисунок 2 - Виды отливок для классификации по группам сложности (цифры у эскизов соответствуют группе сложности).

К группе 2 относятся отливки в виде сочетания простых геометрических тел, плоские, круглые или полусферические, открытой коробчатой формы.

Наружные поверхности плоские и криволинейные с наличием ребер, буртов, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями простой конфигурации с внутренними полостями большой протяженности или высокие.

Отдельные части выполняются с использованием стержней (рисунок 2-2).

К группе 3 относятся отливки открытой коробчатой, сферической, полусферической, цилиндрической и других форм. Наружные поверхности — криволинейные и плоские с наличием нависающих частей, ребер, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями сравнительно сложной конфигурации. Часть отливки выполняют с использованием стержней.

Внутренние полости отдельных соединений геометрических фигур — большой протяженности или высокие с незначительными выступами или углублениями, расположенными в одном и двух ярусах со свободными широкими выходами полостей (рисунок 2-3).

К группе 4 относятся отливки закрытой и частично открытой коробчатой и цилиндрической формы. Наружные поверхности - криволинейные и плоские с примыкающими кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами различной конфигурации. Многие части поверхности или вся поверхность могут выполняться стержнями. Внутренние части имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями и расположены в один-два яруса и имеют один-два свободных выхода (рисунок 2-4).

К группе 5 относятся отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности - криволинейные, сложной конфигурации, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами. Для получения наружной поверхности могут применяться стержни. Внутренние полости имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами, с выемками и выступами (рисунок 2 - 5).

В зависимости от условий формирования элементов отливки в форме установлено три вида размеров (рисунок 3):

ВР1 — размеры элементов отливки, образованные одной частью формы или одним стержнем (рисунок 3 а - размеры L1, L2, d1, d2 и размер L);

ВР2 - размеры элементов отливки, образованные двумя полуформами, а также перпендикулярные плоскости разъема (рисунок 3 а размеры D1 , D2, и размер H);

ВРЗ — размеры элементов отливки, образованные тремя или более частями формы, несколькими стержнями или подвижными элементами формы, а также толщины стенок, ребер, фланцев (рисунок 3 б - размеры h1, h2 и размеры b1, b2, b3).

а—отливка, полученная со стержнями; б – отливка, полученная с болваном. 1 – верхняя полуформа; 2 – нижняя полуформа;  3 – первый стержень; 4 – второй стержень; 5 – отливка; 6 – болван.

Рисунок 3 - Размеры отливки со стержнем (а) и с болваном (б)

1.3 Литейные сплавы и их применение

Литейные сплавы получают сплавлением двух или нескольких металлов и неметаллов. Такие сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью 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.).

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.

1.3.1 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, и она 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, 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, в для крупных — 12—15 мм; для стальных отливок, соответственно, 5—7, 10—12, 15—20 мм.

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 кристаллизации 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 имеет серый чугун (0,9—1,3 %) и алюминиевые сплавы — силумины (0,9—1,3 %). Стали и некоторые сплавы цветных металлов имеют усадку от 1,8 до 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 (подробнее о дефектах см. раздел 5).

Газопоглощениеспособность 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.

Ликвациянеоднородность химического состава в различных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендритную (внутризеренную).

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

1.3.2 Сплавы на основе черных металлов

Статически нагруженные детали преимущественно изготавливают из чугуна, так как он дешевле стали. В зависимости от состояния углерода в сплаве чугуны подразделяют на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

Белые чугуны – в них весь углерод связан с железом в виде цементита. Подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из–за большого количества цементита эти чугуны твердые и хрупкие и для изготовления деталей машин практически не используются.

Серые чугуны - в них углерод представлен в виде пластинчатого графита. Приняты следующие марки: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 25, СЧ 35 (цифры показывают временное сопротивление при растяжении (в МПа), уменьшенное в 10 раз).

Серый чугун (состав в %: 2,8—3,5 С; 1,8—2,5 Si; 0,5—0,8 Мп; 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, которая носит название ферритной, перлитной, ферритно-перлитной.

Наименьшую прочность имеет ферритная структура, а наибольшую - перлитная. Из серого чугуна изготовляют детали с повышенной прочностью, работающие при высоких нагрузках или тяжелых условиях износа (станины станков, корпуса и крышки редукторов, шкивы и другие отливки).

а) — серого; б) — высокопрочного; в) — ковкого

1 — пластинчатый графит; 2 — шаровидный графит;

3 — хлопьевидный графит; 4 — феррит; 5 - перлит

Рисунок 4 - Схемы микроструктур чугуна

Высокопрочный чугун (состав в мас. %: 3,2—3,6 С; 1,6—2,9 Si; 0,4—0,9Мп; не более 0,15 Р; не более 0,02 S; не менее 0,04 Мg) обладает высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабатывается. Высокие механические свойства этих чугунов получают обработкой расплавленного чугуна магнием или церием, при которой графит принимает шаровидную форму (рисунок 4 б).

Высокопрочные чугуны имеют различную структуру металлической основы, в том числе ферритную, ферритно-перлитную, перлитную, что и обусловило их различную прочность. В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму (рисунок 4 б). Его марки ВЧ 35, ВЧ 45, ВЧ 60, ВЧ 80, ВЧ 100.

Высокопрочные чугуны эффективно заменяют сталь во многих изделиях и конструкциях. Из него получают ответственные тяжелонагруженные детали: коленчатые валы, барабаны шахтных вагонеток, шатуны и др.

В чугунах с вермикулярным графитом до 40 % графита шаровидного, а остальной в вермикулярной форме (в виде мелких тонких прожилок). Маркируют их - ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45.

По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Из них изготавливают (отливают) блоки, поршни, гильзы и крышки цилиндров.

В ковких чугунах (КЧ 30-6, КЧ 35-8, КЧ 37-12, КЧ 45-7, КЧ 60-3 и КЧ 80- 1,5) графит имеет хлопьевидную форму. Первая цифра, как и в других чугунах, указывают уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении (в МПа), а вторая - значение относительного удлинения в процентах. Ковкий чугун (состав в масс. %: 2,4—2,8 С; 0,8—1,4 Si; менее 1 % Мп; примерно 0,2 Р; примерно 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 (рисунок 4 в). В зависимости от условий отжига ковкий чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным и перлитным. Из ковких чугунов изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, и способные принимать ударные и знакопеременные нагрузки (корпусов пневматического инструмента, ступиц, кронштейнов, звеньев цепей и других деталей).

Жесткие, прочные, стойкие к удару и нагреву детали изготавливают из конструкционной углеродистой или легированной стали. По назначению стали бывают конструкционные, инструментальные и специальные.

По качеству все стали подразделяют по содержанию серы и фосфора на обыкновенные (до 0,05 % S и 0,04 % Р), качественные (не более 0,04 % S и 0,035 % Р), высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % Р) и особовысококачественные (не более 0,015 % S и 0,025 % Р).

Углеродистые стали (состав в масс. %: 0,12—0,6 С; 0,2—0,5 Si; 0,5-0,8Мп; до 0,05 Р и до 0,05 S) имеют более высокие механические свойства, чем серый и ковкий чугуны. Структура литой стали состоит из перлита и феррита. Чем больше в ней перлита, тем выше прочность и ниже вязкость. Углеродистые стали применяют для изготовления различных цилиндров, станин прокатных станов, зубчатых колес и других изделий. Качественная углеродистая конструкционная сталь обозначается сотыми долями процента углерода, например, сталь 35 содержит 0,35 % углерода.

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. Легированная конструкционная сталь обозначается буквенно-цифровым индексом, например, сталь марки 45ХН2А.

Цифра 45- сотые доли процента углерода, буквы - обозначение легирующих элементов Х - хром, Н - никель, цифра 2-процентное содержание элемента в легированной стали, никеля 2 %, отсутствие цифры после буквы указывает, что количество легирующего элемента (хрома) ~1 %, обозначение других легирующих элементов Г - марганец, С - кремний, В - вольфрам, Т - титан, Ю -алюминий, Д - медь, М - молибден, Ф - ванадий, Б - ниобий, Р - бор, К – кобальт. Значение буквы А в маркировке стали зависит от места ее написания.

В начале шифра она обозначает автоматную сталь, в середине шифра – количество азота в сплаве, в конце шифра - высококачественную сталь. Из легированных сталей получают турбинные лопатки, коллекторы выхлопных систем, различную арматуру и прочие подобные детали.

Инструментальные стали бывают углеродистые, обозначают от У 7 до У 13 (цифры означают десятые доли процента углерода в сплаве) и легированные, например, 9ХС, ШХ9, ШХ15 и стали карбидного класса Х12М, Х6ВФ, в том числе и быстрорежущие (рапид) Р6М5 и Р18 (цифра после Р –процентное содержание вольфрама в сплаве).

1.4. Сплавы на основе цветных металлов

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 корпусы насосов, приборов, инструменты и другие изделия.

Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, высокую коррозионную стойкость, хорошую обрабатываемость. 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.

2 Способы изготовления отливок

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 металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).

2.1 Характеристика и классификация способов литья

Существует много вариантов получения литых заготовок, каждый из которых имеет свое назначение и область применения.

Различают следующие виды форм:

а) разовые – служат для получения только одной отливки, после чего их разрушают. Для их изготовления используют песчано-глинистые смеси, в состав которых входит кварцевый песок от 85 до 90 %, огнеупорная глина от 8 до 14 %, вода и связующие (жидкое стекло, искусственные смолы и др.).

Разовые формы могут быть сырыми, сухими, поверхностно – высушиваемыми и химически твердеющими.

Литейная форма чаще всего состоит из двух полуформ (рисунок 5).

Полуформы верхняя 8 и нижняя 11 изготовлены из песчано-глинистой смеси в металлических рамках 2 и 13 (опоках). В нижней полуформе с помощью модели 10 образована рабочая полость 4 для получения отливки.

Отверстие в отливке образует песчаный стержень 7, который прочно скреплен с формой с помощью стержневых знаков 6 и 12. Выступы 9 на модели предназначены для получения отпечатков стержневых знаков в форме.

Полуформы перед заливкой скрепляют штырями 1 или на верхнюю полуформу устанавливают груз.   Для удаления газов, выделяющихся из песчано-глинистой смеси и расплава, при заливке в форме и стержне выполняют вентиляционные каналы 5. Расплав в рабочую полость формы заливают через литниковую систему - совокупность каналов, предназначенных для подвода расплава в полость формы и питания отливки при затвердевании.

б) полупостоянные – изготавливаются из смеси с высоким содержанием глины и высокоогнеупорных материалов. Их применяют чаще всего при производстве крупных и тяжёлых отливок простой конфигурации. При производстве отливок полость формы сохраняет свои очертания, получая лишь незначительные повреждения. Эти формы допускают многократную (до нескольких десятков раз) заливку металла с мелким ремонтом рабочей поверхности после получения каждой отливки.

 

1 – штыри; 2, 13 - металлические рамки (опоки); 3 - литниковая чаша и стояк; 4 - рабочая полость формы; 5 - вентиляционные каналы;

6, 12 - стержневые знаки; 7 - стержень; 8 – верхняя и 11- нижняя полуформы; 9 – выступы на модели для стержневых знаков; 10 – модель

Рисунок 5 – Песчаная разовая форма в сборе.

в) постоянные – изготавливаются преимущественно из металла. Такие формы обеспечивают получение в одной форме нескольких тысяч, а иногда десятков тысяч отливок. Металлические формы – кокиль – применяют в серийном производстве, а также при специальных способах литья.

Область применения указанных способов определяется объемом производства, требованием по точности, шероховатости поверхности, технологическим свойствам литейных сплавов, экономической целесообразностью способа. Точность литых заготовок характеризуется величиной отклонения их по форме и размерам от размеров заданных чертежом. Чем меньше отклонение, тем точнее отливка.

2.2 Литье в разовые формы

Способы получение отливок в разовых формах различны, в том числе:

- литье в сухие и сырые песчано-глинистые формы,

- литье в оболочковые формы,

- литье по выплавляемым моделям,

- литье по растворяемым моделям и др.

Литые заготовки, полученные в разовых формах, отличаются обширной номенклатурой и размерами. Допуски на размер находятся в пределах ± 0,5 до ± 0,7 мм, Для получения таких отливок необходима литейная форма. Ее изготовление - составляющее звено технологического процесса. В целом технологический процесс включает следующие операции:

- разработка технологии;

- конструирование модели и стержневого ящика;

- изготовление модели и ящика;

- приготовление формовочной и стержневой смесей;

- изготовление литейных форм и стержней;

-плавка и подготовка металла; сборка литейных форм;

- заливка форм металлом;

- охлаждение отливок;

-выбивка отливок и стержней;

- очистка и обрубка отливок;

- контроль качества отливок.

Процесс изготовления литейной формы называют формовкой, которая складывается из ряда операций, выполняемых с оснасткой.

Для образования рабочей полости литейной формы используют оснастку, включающую модельный комплект. Модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литникковой системы. Оснастка содержит сушильные плиты, опоки и щитки.

Модель - формообразующее приспособление, которым получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливок. Их изготавливают из дерева, пластмасс или металла.

Стержневой ящик – приспособление, в котором изготавливают стержни из смеси песка и глины.  Сушильные плиты для стержней - приспособления, на котором сушат стержни для сохранения их формы. Опоки - жесткие рамки, в которых формируют смесь, их, как правило, 2 и при сборке они образуют единую форму.

При получении формы необходим расчет модели и стержней, установку литниковой системы для подвода расплава, а также выпора для выхода газов.

2.2.1 Модели

Литейная модель (рисунок 6) — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Модели бывают неразъемные, разъемные и специальные. У литейной формы имеется рабочая частьполость, в которой застывающий расплавленный металл приобретает очертания и размеры литой заготовки.

Для получения в форме такой полости необходимо иметь модель. Конструкция модели должна обеспечить лёгкость выемки её из формы, поверхность модели должна быть прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси.

Для чугунных отливок модели окрашивают в красный цвет, для стальных – в серый или синий, для цветных сплавов – в жёлтый. Стержневые знаки на модели окрашиваются в чёрный цвет. Модели изготавливают из дерева, цемента, гипса, пластмасс, полистирола, стеариновых и металлических сплавов.

Наиболее широко применяют деревянные модели. Размеры модели превышают размеры деталей на величину усадки, которая составляет: для стали – 2 %, для чугунов – 1 %, для цветных сплавов от 1,2 до 1,5 %.

Неразъёмные модели служат для получения несложных отливок, формовка которых может осуществляться в одной из половин формы (рисунок 6 а). Разъёмные модели применяются при производстве отливок более сложной конфигурации, состоящих из двух и более частей.

Соединение половин модели производится с помощью шипов (рисунок 11 б).

а) – неразъемные; б) – разъемные

Рисунок 6 - Виды моделей

Деревянные модели изготавливают традиционными методами обработки древесины на деревообрабатывающих станках, что связано с определенными трудностями при необходимости получения на поверхностях сочетания сложных геометрических фигур.

Способ получения модели осуществляется следующим образом.

Из деревянных досок или бруса вырезают контуры изготавливаемой модели. Изготавливают металлическую мастер-модель, которую затем нагревают в камерной печи до 700 0С и укладывают на изготавливаемую модель. За счет высокой температуры мастер модели в деревянной модели выжигается требуемая рабочая поверхность. При необходимости нагрев осуществляют в несколько приемов, причем, во время нагрева мастер модели с рабочей поверхности изготавливаемой модели удаляют сгоревшую и обуглившуюся древесину.

2.2.2 Стержни

Отверстия и полости в литых заготовках образуются с помощью стержней, которые вставляются в форму при её сборке. Конфигурация стержня соответствует конфигурации отверстия, полости. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках из стержневой смеси, которая от формовочной смеси отличается повышенной прочностью, газопроницаемостью, противопригарностью. Деревянный стержневой ящик показан на рисунке 7.

а) — литейная форма; б) — модель со стержневыми знаками; в) — стержневой ящик

1 – нижняя и верхняя 2 полуформы литейной опоки; 3 – литейный стержень; 4 - металлические штыри; 5 – выпор; 6 - литниковая система

Рисунок 7 - Эскизы литейной формы и модельной оснастки

Стержневые ящики бывают неразъемные и разъемные. Ящик представляет собой коробку, открытую с одной стороны. Рабочая полость ящика заполняется стержневой смесью. Способ изготовления стержней зависит от типа производства. В мелкосерийном и единичном производстве сложные по форме и большие по размерам стержни изготовляют вручную в деревянных стержневых ящиках, а в серийном и массовом производстве — на специальных машинах в металлических стержневых ящиках.

Для удержания стержня в нужном положении, во время заливки формы металлом, его вставляют в специальные углубления в форме, которые образуются выступами на модели, так называемыми знаками (рисунок 13 – б).

Литейная форма (рисунок 7 а) представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, в которую заливают расплавленный металл. Литейная форма обычно состоит из верхней 2 и нижней 1 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.

Модельная плита позволяет оформить разъем литейной формы. На ней располагают различные части модели, включая модели литниковой системы, и набивают одну из парных опок.

2.2.3 Литниковая система

Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, обеспечения ее заполнения и подпитывания отливки при затвердевании (компенсации усадки) изготовляют литниковую систему 5 и 6 рисунок 8.

Литниковой системой (рисунок 8) называют каналы в форме, предназначенные для подачи в форму расплавленного металла. Литниковая система должна препятствовать попаданию неметаллических включений в тело отливки.

1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 - отливка

Рисунок 8 - Литниковая система

Литниковая система состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, и питателей 4. Литниковая чаша 1 является сосудом, в который расплавленный металл поступает из разливочного ковша. Она служит для предотвращения разбрызгивания жидкого металла и размывания формы, смягчения удара струи металла. Стояк 2 - вертикальный канал в верхней полуформе, соединяющий литниковую чашу со шлакоуловителем 3.

Шлакоуловитель – горизонтальный канал трапециевидного сечения, обычно выполняемый в верхней полуформе. Он служит для задержания шлака, неметаллических включений и облегчения заполнения формы металлом при наличии большого количества питателей 4. Питатель – канал, служащий для непосредственного подвода металла к полости формы.

Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служит выпор 2 (рисунок 9), который выполняют в верхней полуформе над наиболее массивными частями отливки.

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.

Для заливки массивных частей отливки и ее подпитки при охлаждении литниковая система кроме литниковой чаши 3 содержит воронки 2 на выпорах, по которым подводят расплав к отливке (рисунок 9).

1 – шлакоуловитель; 2 – воронка и выпор; 3 – литниковая чаша; 4 - стояк; 5 – питатели; 6 – отливка с отверстием 7

Рисунок 9 – Вид отливки с литниковой системой

Литниковая система также содержит шлакоуловитель 1, питатели 5, соединяющих рабочую полость с чашей и стояком, выпоров 2, служащих для вывода газов из формы, контроля заполнения ее расплавом, а иногда и для заполнения форы расплавом.

2.2.4 Литейные (формовочные и стержневые) смеси

Для изготовления литейных форм и стержней используют смеси. Основными компонентами являются пески и глины, причем смеси должны соответствовать особым условиям (обладать прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью, пластичностью, податливостью, легкой выбиваемостью) оптимальной теплопроводностью, минимальной гигроскопичностью, высокой долговечностью, Компоненты смеси должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации. В зависимости от свойств применяемого литейного сплава, размеров и сложности поковки выбирают формовочные смеси. Основа смеси – песок (SiO2 – кварцит), связующие – глина, вода, пртивопригарные добавки (уголь, мазут), добавки, повышающие газовыделение (опилки).

Для изготовления разовых форм используют пески (кварцевые, кварцево-полевошпатные и глинистые), различные связующие (глину, жидкое стекло, органические и неорганические крепители), противопригарные (тальк, графит, каменный уголь), высокоогнеупорные (магнезит, шамот, асбест), некоторые специальные (чугунную дробь, каустическую соду) и вспомогательные (модельные пудры, разделительные жидкости, клей) формовочные материалы.

Из формовочных материалов смешиванием их в определенном соотношении и заданной последовательности получают формовочные и стержневые смеси.

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые. Смеси содержат неорганические материалы: кварцевый песок, огнеупорную глину. Из органических материалов в них добавляют опилки, каменноугольную пыль, которые снижают пригар формовочной смеси к поверхности отливки.

Для форм мелких (до 100 кг) и средних (101—1000 кг) отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.

Для форм крупных отливок от 1001 до 5000 кг применяют облицовочную и наполнительную смеси. Облицовочными называют такие смеси, которые непосредственно прилегают к поверхности отливки. Смесь приготовляют с применением свежих материалов, образующих в форме слой толщиной 20—50 мм. При заливке формы облицовочная смесь непосредственно соприкасается с расплавом и, следовательно, находится в более тяжелых условиях, чем наполнительная. Поэтому облицовочная смесь должна обладать высокой прочностью и огнеупорностью.

Наполнительной называют смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполнительной смеси обычно входит от 90 до 98 % оборотной смеси и от 10 до 2 % свежих формовочных материалов.

Наполнительные смеси, поступающие после регенерации (переработки использованной формовочной смеси), применяют для изготовления остальной части формы. Наполнительные смеси должны обладать достаточной газопроницаемостью—способностью в уплотненном состоянии пропускать сквозь себя газы.

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовления литейных форм. В качестве исходных формовочных материалов используют формовочный 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 от 15 до 30 мм. Такая смесь содержит от 50 до 90 % свежих формовочных материалов, а остальные 50—10% - оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей части формовочной смеси.

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 др.). 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.

При приготовлении формовочных и стержневых смесей сушат и просеивают кварцевые пески и формовочные глины, удаляют брызги металла и каркасы стержней из отработанной смеси, перемешивают составляющее в специальных смесителях с последующим вылеживанием в отстойниках для равномерного распределения влаги и последующего разрыхления.



 

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.
1985. Литье по выплавляемым моделям 179.08 KB
  Литье. Литье по выплавляемым моделям. Литье по газифицируемым моделям. Общие сведения Литье по газифицируемым моделям было предложено и запатентовано в США в 1958 г.
15543. Современные методы экспериментального изучения строительных материалов. Определение предела прочности при сжатии. Рентгеновский фазовый анализ порошковых материалов 454.52 KB
  Мешалка для перемешивания цементного раствора, столик встряхивающий, форма-конус, штыковка, формы разъемные для изготовления образцов-балочек, насадка к формам, площадка вибрационная, прибор для испытаний на изгиб, пресс для определения предела прочности при сжатии, пластинки для передачи нагрузки по ГОСТ 310.4.
3320. Обсуждение составленных материалов по санпросветработе со школьниками. Коррекция материалов составленных студентами 13.12 KB
  Преподаватель знакомит студентов с целями и задачами предстоящего занятия. Затем каждый студент зачитывает текст беседы или лекции, которую он написал дома. После обсуждения преподаватель корректирует каждую беседу и лекцию, указывает на недостатки, если они есть, допущенные ошибки.
20016. Учёт материалов 42.24 KB
  Непрерывность производства требует чтобы постоянно находилось на складах достаточное количество сырья и материалов для полного удовлетворения потребностей производства в любой момент их использования. Целью и задачами работы выступает изучение бухгалтерского учета материалов. 1 Понятие и характеристика материалов Согласно Положению по бухгалтерскому учету Учет материально-производственных запасов ПБУ 5 011 к бухгалтерскому учету в качестве материально-производственных запасов принимаются активы1: используемые в качестве сырья материалов...
1512. Искусственная сушка материалов 136.65 KB
  Сушкой называется термический процесс удаления из твердых материалов или растворов содержащейся в них влаги путем ее испарения. При этом одно механическое обезвоживание материала в большинстве случаев является недостаточным так как оно обеспечивает только частичное удаление свободной влаги. Потому часто комбинируются различные способы удаления влаги. Естественная сушка обычно производится на открытом пространстве под навесами или в специальных сараях и представляет собой процесс при...
7852. СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ 262.12 KB
  Рассмотренный ранее механизм пластической деформации позволяет сделать вывод что процесс сдвига в кристаллах под действием внешних напряжений будет происходить тем легче чем больше дислокаций будет в металле. После пластической деформации дислокационная плотность увеличивается и достигает значении...
13428. Общая характеристика нагрева материалов 1.85 MB
  Общая характеристика нагревания лазерным излучением Рассмотрим тепловые эффекты в конденсированных средах и основные особенности температурной кинетики при лазерном воздействии. При рассмотрении процессов воздействия ЛИ на материалы необходимо знать энергетические характеристики: поглощенную долю падающего потока максимальную плотность мощности ЛИ длительность импульса длину волны пространственное распределение плотности мощности и условия фокусировки. Для описания тепловых источников при...
3820. Материаловедение(технология конструкционных материалов) 2.61 MB
  Стали: классификация автоматные стали. Углеродистые и легированные конструкционные стали; назначение термическая обработка свойства. Стали устойчивые против коррозии жаропрочные стали и сплавы. Инструментальные материалы: инструментальные и быстрорежущие стали твердые сплавы и режущая керамика сверхтвердые материалы материалы абразивных инструментов.
6526. Основные задачи сопротивления материалов 178.81 KB
  Внешние силы вызывают деформацию тела т. К проявлению вязких свойств материала относится ползучесть рост деформации при постоянной нагрузки и релаксация уменьшение внутренних усилий при постоянной полной величине деформации. Пусть реальное твердое тело находится в равновесии под действием внешних...
13066. Технология обработки материалов давлением 6.37 MB
  Элементарный процесс ОМД можно представить в виде воздействия внешних сил на полуфабрикат заданной формы из металла или сплава для достижения требуемого конечного формообразования При этом деформируемый объем металла или сплава может находиться в различных состояниях пластичности в условиях холодного горячего деформирования; в режиме сверхпластичности или в условиях гидростатического давления. В свою очередь металлургические процессы предназначенные для формообразования полуфабрикатов в виде листа профилей труб и прутков из которых...
© "REFLEADER" http://refleader.ru/
Все права на сайт и размещенные работы
защищены законом об авторском праве.