Способы литых заливок. Способы получения литых заготовок. Литье в песчаные формы
 Скачать 98 Kb.
|
|
Содержание
Введение В современных рыночных условиях конкурентоспособность выпускаемой продукции, в том числе и машиностроительной, имеет решающее значение при реализации ее потребителям. Одним из направлений повышения конкурентоспособности продукции машиностроения является снижение металлоемкости, сокращение отходов и потерь металла за счет рационального применения заготовок, экономичных методов формообразования и механической обработки. Немаловажное значение при этом имеет выбор метода получения заготовок. Рационально выбранная заготовка позволяет уменьшить припуски и, как следствие, объем последующей обработки резанием, трудоемкость и себестоимость изготовления продукции. Литье - технологический процесс изготовления заготовок реже готовых деталей, заключающийся в заполнении литейной формы жидким материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т.п.) с последующим его затвердеванием. Современное машиностроение невозможно без применения литых заготовок, обеспечивающее рациональное использование материала и эффективное снижение массы изделий за счет рациональной конструкции детали [1, с.12]. Литье является одним из наиболее распространенных методов формообразования. По сравнению с другими методами получения заготовок литье обладает рядом преимуществ: изготовление заготовок с наибольшими коэффициентами использования металла и весовой точности, изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы, получения заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием. Современный уровень литейного производства позволяет изготавливать литьем многие ответственные детали машин и детали специального назначения, например магниты. Многие художественные произведения монументальной скульптуры тоже являются отливками. Литые заготовки изготавливают в различных типах форм, таких как: литье в песчаные формы; литье в металлические формы (кокиль); литье в оболочковые формы; центробежное литье; литье под давлением; литье по выплавляемым моделям. Литье в песчаные формы Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрогопрототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники [1, с.34]. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку. Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла. Литье в металлические формы (кокиль) Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали [2, с.54]. Литьё в кокиль - способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литьё в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются. В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве. Литье в оболочковые формы Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы). Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки [3, с.76]. Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс. Центробежное литье Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок. Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия [4, с.68]. Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок. При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %. Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру: Высокая износостойкость. Высокая плотность металла. Отсутствие раковин. В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак. Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения: втулки; венцы червячных колёс; барабаны для бумагоделательных машин; роторы электродвигателей. Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз. По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм. Литье под давлением Литье под давлением (ЛПД) занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм [1, с.112]. Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД: Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условия массового и крупносерийного производств. Минимальные припуски на мехобработку или не требующие оной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону. Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили. Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид. Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки: Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы. Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания. Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора. Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы. Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие: давление на металл во время заполнения и подпрессовки; скорость прессования; конструкция литниково-вентиляционной системы; температура заливаемого сплава и формы; режимы смазки и вакуумирования. Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака: регулирование температуры заливаемого сплава и формы; повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки; рафинирование и очистка сплава; вакуумирование; конструирование литниково-вентиляционной системы; Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД: заполнение формы и камеры активными газами; использование двойного хода запирающего механизма; использование двойного поршня особой конструкции; установка заменяемой диафрагмы; проточка для отвода воздуха в камере прессования. Литье по выплавляемым моделям Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногобаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС. Таким образом получаем отливку [10, с.132]. В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей. Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе: • Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала. • Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму. • При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется. • Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки. Заключение В данной работе были рассмотрены литые способы изготовления заготовок, были указаны их преимущества и недостатки. Выбор метода получения заготовок является многовариантной задачей в условиях ограничений по материально-техническим ресурсам, срокам подготовки производства и наличию технологического оборудования. Основными критериями, определяющими технологию получения заготовок, является конструктивная форма и физико-механические свойства материала детали, тип производства. Из всего многообразия преимущественное применение в машиностроении имеют заготовки из проката, отливок и поковки. Литьем (или литейным производством) называют метод производства, при котором изготовляют фасонные заготовки деталей путем заливки расплавленного металла в заранее приготовленную литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки детали. После затвердевания и охлаждения металла в форме получают отливку-заготовку детали. Основной задачей литейного производства является изготовление литейных сплавов отливок, имеющих разнообразную конфигурацию с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам детали (при литье невозможно получить отливку, форма и размеры которой соответствует форме и размерам детали). Список литературы Арзамасов Б.Н., Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф. и др. Материаловедение: Учебник для высших технических заведений. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 2012. – 384 с., ил. Афонькин М.Г. Производство заготовок в машиностроении / М.Г. Афонькин, М.В. Магницкая. - Л.: Машиностроение, 2011. - 256 с. Геллер, Ю.А. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи / Ю.А. Геллер, А.Г. Рахштадт. – М. : Металлургия, 2004. – 384 с. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для студентов высших технических вузов – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия. 2011 – 649 с., ил. Гуляев, А.П. Металловедение / А.П. Гуляев. – М. : Металлургия, 2009. – 357 с. Жуков Э.Л. Технология машиностроения. В 2 кн. Кн. 2. Производство деталей машин: учеб.пособие / Э.Л. Жуков, И.И. Козарь, С.Л. Мурашкин и др.– М.: Высшая школа, 2013. – 295 с. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для машиностроительных вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 2010. – 493 с., ил. Материаловедение: учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макаров, Г.Г. Мухин; под общ ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 5-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 648 с. Руденко П.А. Проектирование и производство заготовок в машиностроении /П.А. Руденко, Ю.А. Харламов, В.М. Плескач-Киев: Выща школа, 2011. -247 с. Шведков Е.Л. Словарь-справочник по порошковой металлургии / Е.Л. Шведков, Э.Т. Динисенко, И.И. Ковенский - Киев: Наукова думка, 2010. - 270 с. |