1. Основные понятия литейного производства модель, литниковая система, стержень и др. Литейная форма
 Скачать 267.03 Kb.
|
|
1. Основные понятия литейного производства: модель, литниковая система, стержень и др. Литейная форма представляет собой конструкцию, состоящую из элементов, образующих рабочую полость, заполнение которой расплавом обеспечивает получение отливки заданных размеров и конфигурации. Комплект приспособлений, используемых для изготовления отливок, называют литейной оснасткой. Часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для образования рабочей полости литейной формы при ее формовке, называется модельным комплектом. Модель — это часть модельного комплекта, предназначенная для образования отпечатка в литейной форме, соответствующего наружной конфигурации и размерам отливки. Литниковая система представляет собой систему каналов и элементов литейной формы, обеспечивающих подвод расплавленного металла в полость формы и ее заполнение, а также питание отливки при затвердевании. К литниковой системе относят также выпоры и прибыли. Выпор предназначен для вывода газов и всплывающих шлаков из полости формы: он же сигнализирует о конце заливки появлением избытка металла. Прибыли компенсируют усадку отливки. Стержень, являясь элементом литейной формы, служит для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке. 2. Литейное производство. Классификация методов литья. Достоинства. Недостатки. Литейное производство – производство, продукция которого – отливки, получаемые в литейных формах, заполняемых жидкими сплавами с последующей кристаллизацией сплавов в формах. Методы литья принято разделять на две группы: литьё в песчаные формы и специальные способы литья. К специальным способам относят: литьё в оболочковые формы, литьё по выплавляемым моделям, литьё по газифицируемым моделям, литьё в постоянные формы (литьё в кокили), литьё под высоким давлением, литьё под низким (регулируемым) давлением, литьё вакуумным всасыванием, центробежное литьё, непрерывное литьё, литьё выжиманием, литьё в замороженные формы, электрошлаковое литьё и др. Почти 3/4 всех отливок (по массе) изготовляется литьём в песчаные формы. Каждый специальный способ имеет свою, достаточно узкую, область применения, за пределами которой он либо не эффективен, либо не осуществим. Именно поэтому способы и называются специальными. Даже сумма технологических возможностей всех специальных способов литья вместе взятых меньше, чем технологические возможности универсального литья в песчаные формы. Но каждый специальный способ литья, в пределах своей, достаточно узкой, области применения, оказывается эффективным, экономически более целесообразным, чем другие специальные способы и чем универсальное литьё в песчаные формы. Дстоинства. 1. Можно изготовлять отливки из любых металлических сплавов. Любой металл (сплав) можно расплавить и залить в форму – получится отливка. 2. Можно изготовлять отливки любой массы: от долей грамма до многих сотен тонн. 3.Можно изготовлять отливки любых очертаний.Недостатки. Крупнозернистость стали (бракование металла, разрушение металла). 3. Литейные свойства сплавов. Влияние литейных свойств сплавов на качество отливок. 1. Температура плавления (кристаллизации) сплава. Сплавы, в отличии от простых металлов, плавятся (кристаллизуются) не при конкретной температуре, а в интервале температур. Чем шире этот интервал температур и чем выше он расположен на температурной шкале, тем больше возникает трудностей при производстве отливок из него. 2. Жидкотекучесть – способность (свойство) жидкого сплава заполнять полость формы. Сплав, обладающий высокой жидкотекучестью, хорошо заполняет форму, проникает во все самые тонкие сечения полости формы. Иными словами: из сплава с высокой жидкотекучестью можно отливать сложные отливки с тонкими протяжёнными стенками. Низкая жидкотекучесть приводит к не заполнению некоторых объёмов полости формы. В результате получается литейный брак – недолив.3. Усадка – уменьшение объёма сплава при его кристаллизации и охлаждении. Чем больше усадка, тем больше проблем у литейщиков. Усадка искажает форму и размеры отливки. Усадка приводит к тому, что не вся полсть формы будет заполнена металлом отливки, после её кристаллизации. В отливке может возникнуть усадочная пористость или усадочная раковина. 4. Ликвация – неоднородность химического состава отливки, возникающая в процессе её кристаллизации из однородного расплава. Химическая неоднородность приводит к неоднородности структуры и, следовательно, к неодинаковости механических свойств материала в разных частях отливки. Различные литейные сплавы подвержены ликвации в большей или меньшей степени. 5. Склонность к поглощению газов (газопоглощение). Расплавленные металлы интенсивно поглощают (растворяют) газы из окружающей среды. Насыщенный газами расплав, в процессе кристаллизации выделяет растворённые газы. В результате в отливке могут возникнуть газовая пористость и газовые раковины. Для борьбы с ними следует обеспечить хороший газоотвод из полости формы (вентиляцию формы). 4. Литейная форма, ее элементы и назначение. Требования, предъявляемые к литейным формам. Классификация литейных форм. Литейная форма представляет собой конструкцию, состоящую из элементов, образующих рабочую полость, заполнение которой расплавом обеспечивает получение отливки заданных размеров и конфигурации. Литейные формы подразделяют по количеству заливок на разовые и многократные, по материалу — на песчаные, песчано-цементные, гипсовые, металлические, из высокоогнеупорных материалов и др Литейная форма должна обладать прочностью (выдерживать силовые нагрузки), газопроницаемостью (пропускать газы, образующиеся в литейной форме), податливостью (уменьшаться в объеме при усадке отливки), огнеупорностью (не оплавляться под действием тепла жидкого металла) и др.Литейная форма состоит из нижней и верхней полуформ, в которых выполнены полости будущей отливки , стержня и литниковой системы . Верхняя и нижняя полуформы состоят из уплотненной песчаной смеси, называемой формовочной смесью, и металлических (иногда применяют другие материалы) рамок, называемых нижней и верхней опоками. Опоки имеют ушки с отверстиями для штырей, посредством которых их соединяют между собой в процессе сборки. 5. Изготовление отливок в песчано-глинистых формах, сущность способа.Технологический процесс получения отливок в песчано-глинистые формы можно представить следующим образом. По чертежу детали разрабатывают модельный комплект, куда входят модель детали, стержневой ящик и модель литниковой системы. По моделям детали и литниковой системы из формовочной смеси изготовляют литейную форму, а из стержневой смеси – стержни, конфигурация которых соответствует внутренним полостям детали. Для повышения прочности стержней их сушат в сушильных печах. Изготовленную форму раскрывают, извлекают из обеих полуформ половинки модели детали и модели литниковой системы, покрывают полость формы припылами или красками, устанавливают в форму стержень и вновь ее собирают. Затем в форму заливают расплавленный металл. После затвердевания металла в форме образуется отливка, которую выбивают из формы. Готовую отливку освобождают от пригоревшей формовочной смеси, удаляют литниковую систему, выбивают стержень и отправляют на механическую обработку. 6. Изготовление отливок литьем в кокиль, сущность способа. Основные типы кокилей и материалы для их изготовления, теплоизоляционные покрытия и их назначение.Кокильным литьем называют процесс получения отливок посредством свободной заливки расплавленного металла в многократно используемые металлические формы — кокили. Кокили изготавливают из серого и высокопрочного чугуна, конструкционных углеродистых и легированных сталей, медных (латуни) и алюминиевых сплавов. Для изготовления стержней и вставок многократного действия, работающих в условиях воздействия больших тепловых и механических нагрузок, используют легированные стали. Выталкиватели выполняют из инструментальных сталей (У8А, У10А), поскольку они должны обладать большой твердостью и износостойкостью. Разновидности кокилей: разъемный (с вертикальной плоскостью разъема); неразъемный (вытряхной) кокиль.Основы технологии литья в кокиль. Технологический процесс кокильного литья требует специальной подготовки кокиля к заливке и включает следующие операции: а) очистку рабочей поверхности кокиля от остатков отработанного покрытия, загрязнений и ржавчины; б) нанесение (пульверизатором или кистью) на предварительно подогретые до 100—150° С рабочие поверхности кокиля специальных теплоизоляционных слоев и противопригарных красок, одновременно повышающих качество поверхности отливок; в) нагрев кокиля до оптимальной (для каждого сплава своей) температуры в пределах 115— 475° С в целях повышения заполняемости формы расплавом и тем самым улучшения качества отливок; г) сборку формы, состоящую из простановки стержней и соединения металлических полуформ; д) заливку расплава в форму; е) охлаждение отливок до установленной температуры; ж) разборку кокиля с извлечением отливки. Начиная с заливки расплава в форму все последующие технологические операции кокильного литья аналогичны таковым при литье в разовые (например, песчаные) формы. Металлический стержень извлекается из отливки до ее удаления из кокиля. Назначение покрытий: а) обеспечение необходимого теплообмена между рабочей поверхностью кокиля и отливкой с целью регулирования режима ее охлаждения; б) создание в кокилях восстановительной или окислительной атмосферы, исключающей образование на поверхности отливки оксидов или карбидов соответственно (покрытия с большой газотворной способностью); в) защита рабочей поверхности кокиля от воздействия термического удара и эрозионного воздействия расплава; г) защита от пригара или приваривания отливки к стенкам и каналам кокиля, а также от высокотемпературного окисления и обезуглероживания ее поверхности; д) использование покрытий для поверхностного легирования (алитирование, силицирование и др.); е) уменьшение коэффициента трения между отливкой и стенками кокиля.Достоинства кокильного литья: возможность многократного использования форм; удобства автоматизации процесса труда; хорошие механические свойства отливок, обусловленные их мелкозернистой структурой, формирующейся в процессе интенсивного теплообмена между отливкой и кокилем; размерная точность и качество поверхности отливок; снижение припусков на механическую обработку; повышенный процент выхода годного литья (за счет снижения расхода металла на литниковую систему или из-за ее отсутствия). Недостатками литья в кокиль являются: трудоемкость изготовления кокилей, их высокая стоимость, отсутствие податливости, особенно при получении сложных фасонных отливок из легированных сталей и тугоплавких металлов. Данным способом получают в основном отливки из сплавов на основе меди, алюминия, магния, а также из стали и чугуна массой до 2000 кг. 7. Изготовление отливок литьем под давлением, сущность способа и схема процесса, машины для литья под давлением с холодной и горячей камерами прессования. Данный способ представляет собой машинное литье металла в металлические формы под избыточным давлением (до 300 МПа). Сущность процесса заключается в том, что в камере прессования, соединенной с оформляющей полостью формы, на расплав давит поршень, в результате чего жидкий металл устремляется в полость формы и быстро заполняет ее; застывая в ней, он образует отливку с высокой точностью размеров. Затем происходит раскрытие пресс-формы и удаление отливки с помощью толкателей . Технологический процесс литья под давлением характеризуется коротким циклом и малым числом операций. Машины для литья под давлением подразделяются по конструкционным и функциональным особенностям узла прессования на три типа: с холодной (неподогреваемой) горизонтальной, с холодной вертикальной и с горячей вертикальной камерами прессования. Горячая камера прессования располагается в обогреваемом чугунном тигле с расплавленным металлом. В машинах с горячей камерой прессования предусмотрены автоматические операции дозирования и заливки, что существенно повышает их производительность до 1000—3600 запрессовок в час. Машины с горячей камерой прессования благодаря медленному охлаждению расплава позволяют получать отливки малых размеров и незначительной массы (до нескольких граммов) и используются в основном для литья легкоплавких (цинковых, свинцово-сурьмянистых и др.) сплавов. Машины же с холодной камерой прессования используются для получения отливок из цветных сплавов на основе алюминия, магния, меди, а также из стали и чугуна. С учетом высокой скорости охлаждения сплавы должны обладать оптимальным комплексом технологических свойств: хорошей жидкотекучестью, малой усадкой и минимальным взаимодействием с материалом формы.Преимуществами способа литья под давлением являются его высокая производительность, точность размеров и хорошее качество поверхности (гладкая, плотная) отливок, автоматизация процессов литья, снижение в 10 раз и более трудоемкости изготовления отливок по сравнению с литьем в песчаные формы. Недостатки способа литья, в первую очередь, обусловлены возникновением в отливках газоусадочной пористости: это пониженные плотность и пластичность металла, невозможность проведения следующей за литьем термической обработки. К недостаткам данного способа литья можно отнести также ограничение массы отливок (до 50 кг), высокую стоимость пресс-форм. Литьем под давлением получают детали (корпуса, платы) различных приборов, электрических машин, карбюраторов, а также алюминиевые блоки цилиндров, сантехническую арматуру и др. Данным способом изготавливают изделия, почти не требующие последующей механической обработки, в том числе детали с готовой резьбой и т. п. . 8. Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям, сущность способа, оснастка и оборудование. Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) — это процесс получения отливок в неразъемных разовых огнеупорных формах, изготавливаемых с помощью моделей из легкоплавящихся, выжигаемых или растворяемых составов. Используют как оболочковые (керамические), так и монолитные (гипсовые) формы. Таким образом, рабочая полость формы образуется выплавлением, растворением или выжиганием модели. Отливки, полученные методом ЛВМ, мало отличаются (по размерам и форме) от готовой детали. Этим способом можно получать сложные тонкостенные детали (например, охлаждаемые лопатки ГТД, художественные и ювелирные изделия). Литье по выплавляемым моделям осуществляют различными способами заливки: свободной, центробежной, под низким давлением, с использованием направленной кристаллизации. Технология литья по выплавляемым моделям. Изготовление моделей осуществляется посредством заливки или запрессовки модельного состава в пастообразном (подогретом) состоянии в специальные пресс-формы. В частности, литьевой способ получения пенополи-стироловых моделей на специальных термопластавтоматах включает в себя пластификацию нагревом (100—220 °С) гранул полистирола, впрыскивания его в пресс-форму с последующим вспениванием и охлаждением модели. Для производства пресс-форм используют как металлические (стали, алюминиевые и свинцово-сурьмянистые сплавы), так и неметаллические (гипс, эпоксидные смолы, формопласт, виксинт, резина, твердые породы дерева) материалы. Пресс-формы, используемые для получения моделей, должны обеспечить им высокие параметры точности размеров и качества поверхности, быть удобными в изготовлении и эксплуатации, а также иметь соответствующий уровню серийности ресурс работы.Так, при единичном, мелкосерийном и серийном производствах используются, в основном, литые металлические, гипсовые, цементные, пластмассовые, деревянные, а также полученные методами металлизации пресс-формы. В крупносерийном и массовом производствах, как правило, применяются металлические (часто многогнездные) пресс-формы, изготавливаемые с помощью механической обработки. Запрессовка модельных составов осуществляется на прессах (пневматических, рычажных и др.) или вручную. Монтаж модельных блоков. Объединение мелких моделей 2 в блоки 3 с единой литниковой системой повышает технологичность, производительность и экономичность процесса литья. Сборка моделей в модельные блоки (т. е. соединение моделей отливки с моделью стояка) осуществляется разными способами: а) пришиванием разогретым инструментом (паяльником, ножом) или жидким модельным составом; б) соединением моделей в кондукторе с одновременной отливкой модели литниковой системы; в) соединением моделей в блоки на металлическом стояке (каркасе) с помощью механического крепления (зажима); г) склеиванием моделей отливки и литниковой системы. Преимуществами данного способа литья являются: возможность получения отливок сложной конфигурации; использование практически любых сплавов; высокое качество поверхности и точность размеров отливок; минимальные припуски на механическую обработку; обеспечение качественной равноосной, столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем эксплуатационных свойств. К недостаткам способа литья можно отнести многооперационность, трудоемкость и длительность процесса, многообразие материалов, используемых для изготовления формы. Способом литья по выплавляемым моделям изготавливают сложные отливки высокого качества, например, турбинные лопатки из жаропрочных сплавов, постоянные магниты с определенной кристаллографической ориентацией структуры, художественные изделия и др. 9. Изготовление отливок литьем в оболочковые формы. Литье в оболочковые формы — это способ получения отливок свободной заливкой расплава в оболочковые формы из термореактивных смесей. Оболочковые формы отличаются высоким комплексом технологических свойств: достаточной прочностью, газопроницаемостью, податливостью. По сравнению с отливками, полученными в песчаных формах, детали, отлитые в оболочковые формы, имеют в 1,5 раза меньший припуск на механическую обработку. Оболочковые формы изготавливают из формовочных песчано-смоляных смесей с термопластичными или термореактивными связующими смолами. Если смола в смеси находится в порошкообразном состоянии, то такую формовочную смесь называют неплакированной, а если зерна песка покрыты сплошной тонкой пленкой смолы, то смесь будет плакированной. Формовочная смесь содержит наполнитель — мелкозернистый кварцевый песок — 100%: связующее — пульвербакелит (фенолформальдегидная смола с добавками уротропина) — 6—7%; увлажнитель (керосин, глицерин) — 0,2—0,5%; растворитель (ацетон, этиловый спирт) — до 1,5%. Оболочковые формы получают с помощью нагретых металлических моделей, изготавливаемых из серого чугуна, стали и алюминиевых сплавов. Каждая форма состоит из двух соединенных оболочковых полуформ. Толщины оболочек для мелких и среднего размера отливок колеблются соответственно в пределах 8—10 и 12—15 мм. Технология изготовления оболочек включает в себя следующие операции: 1. Нагрев модельной оснастки до 200—250° С. 2. Нанесение на рабочую поверхность модельной разделительного состава — быстро затвердевающей силиконовой жидкости, образующей при этом разделительную пленку, которая предотвращает прилипание к оснастке формовочной смеси и тем самым упрощает последующее отделение оболочки от модели. 3.Нанесение песчано-смоляной смеси на модельную оснастку. 4.Формообразование оболочки (рис.9). Бункер наполняют песчаносмоляной смесью. Нагретая и обработанная разделительным составом модельная плита с моделью закрепляется на приемной рамке поворотного бункера. Засыпка модели и модельной плиты смесью осуществляется поворотом бункера на 180°. Для формирования оболочки толщиной 5—15 мм плиту выдерживают под смесью в течение 15—20 с. Затем бункер возвращают в исходное положение .С него снимают модельную плиту с налипшей оболочкой и помещают в печь для доотверждения оболочки (режим окончательного отверждения смолы — 300—350° С, 1—3 мин). 5. Съем оболочковой полуформы с модели осуществляется с помощью толкателей .Способом литья в оболочковые формы получают отливки массой от 0,2 до 200 кг практически из любых литейных сплавов. Этим способом изготавливают ребристые мотоциклетные цилиндры, коленчатые валы автомобильных двигателей. Преимущества способа литья в оболочковые формы: возможность получения тонкостенных отливок сложной формы; гладкая и чистая поверхность отливок; небольшой расход смеси; качественная структура; небольшие допуски на обработку резанием. Недостатки: ограниченный размер отливок (до 1500 мм); высокая стоимость смесей; выделение вредных паров и газов из смесей при изготовлении форм. |