Технология литейного производства

Лекция № ___    Технология литейного производства

Цель лекции: иметь представление об основах литейного производства, приобрести навыки в  изготовлении форм, стержней, поковок.

Тема: Классификация способов изготовления литейных форм.

Литейное производство является одной из отраслей машиностроения. Задача литейного производства — изготовление изделий любой массы, разнообразных по форме и размерам (в том числе с внутренними полостями) из металлов и сплавов, обладающих жидкотекучестью. При литье металлический расплав заливают в заранее приготовленные литейные формы, которые бывают разовыми или постоянными. Разовую форму после получения в ней отливки разрушают; постоянная форма пригодна для производства большого количества отливок.  

Приспособления, применяемые для изготовления отливок, называют литейной оснасткой. Часть литейной оснастки, состоящая из технологических приспособлений, необходимых для получения в форме контуров отливки, представляет собой модельный комплект. Чтобы провести формовку, необходимо иметь опоки, плиты, штыри, шаблоны, что совместно с модельным комплектом составляет формовочный комплект.

Рис.11.1.Литейная   модель (б), стержневой ящик (в), отливка (г) чугунной втулки   (а)

Модельный комплект для получения отливки чугунной втулки (рис. 11.1, а) состоит из модели отливки; моделей элементов литниковой системы; стержневых ящиков; модельных плит для установки и крепления моделей; сушильных плит и др.

Моделью (рис. 11.1,б) называют приспособление, с помощью которого в форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации отливки. Модель копирует отливку, отличаясь от нее увеличенными размерами в связи с усадкой металла отливки и дальнейшей механической обработкой рабочих поверхностей отливки. На вертикальных стенках предусматривают формовочные уклоны на небольшие углы, что облегчает извлечение модели из полости формы. С торцов располагаются знаки 1, предназначенные для получения гнезд, в которые устанавливаются стержни при сборке форм. Таким образом, длина модели увеличивается на величину знаков. Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, размеры стержневых знаков устанавливаются ГОСТами.

Модели могут быть неразъемными, разъемными (рис. 11.1,б), с отъемными частями и т.п. Они изготовляются из дерева (единичное и серийное производства), чугуна, алюминия, пластмасс  (массовое производство).

Элементы литниковой системы в виде каналов и резервуаров создаются в форме с помощью специальных. моделей.

Стержневые ящики служат для изготовления стержней, с помощью которых в отливках образуются полости или отверстия. По конструкции ящики подразделяются на цельные, разъемные (рис. 11.1,в), вытряхные и др. Изготовляют их из тех же материалов, что и модели.

Металлическая модельная плита используется для крепления моделей отливки и элементов литниковой системы при машинной формовке.

Формовочные и стержневые смеси для изготовления литейных форм и стержней состоят из исходных формовочных материалов и отработанных (бывших в употреблении) смесей. Основные исходные формовочные материалы содержат кварцевый песок и связующую глину. Прочность этих смесей невелика, поэтому литейные формы изготовляют толстостенными с учетом больших давлений жидкого металла на форму. Для улучшения механических, технологических и других свойств в формовочные и стержневые смеси вводят вспомогательные формовочные материалы: связующие (смолы, жидкое стекло), противопригарные (пылевидный кварц, каменноугольная пыль), защитные (борная кислота, фтористая присадка) и др. Вспомогательные формовочные составы (замазки, клеи, краски и др.) используют также в качестве отделочных материалов для форм и стержней.

Физико-механические и технологические свойства формовочных и стержневых смесей определяют качество литейных форм и стержней. К ним относятся пластичность, прочность, огнеупорность, газопроницаемость, податливость (сжимаемость формы или стержня при усадке отливки).

Формовочные смеси классифицируются по ряду признаков.

- По характеру использования смеси разделяются на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь (толщиной 40...100 мм) непосредственно контактирует с жидким металлом, поэтому является самой нагруженной. В смесь для придания ей повышенных физико-механических свойств добавляют большое количество исходных формовочных материалов.

Наполнительная смесь сопутствует облицовочной, поэтому в нее вводят свежие материалы, что приводит к заметной экономии. Но изготовление формы с двумя типами формовочных смесей трудоемко. Поэтому ее используют для производства крупных и сложных отливок.

Когда вся форма изготовлена из одной формовочной смеси, ее называют единой. Форму используют при машинной формовке в цехах серийного и массового производств. Долговечность единой смеси достигается введением в ее состав песков и глин с лучшими свойствами.

Имеются также синтетические формовочные смеси, в которые глину вводят как самостоятельную добавку. Они широко используются в производстве.

- По роду заливаемого в форму материала различают формовочные смеси для чугунного, стального и цветного литья.

Стержневые смеси подвергаются значительно большим термическим и механическим воздействиям, чем формовочные, так как стержень практически со всех сторон окружен расплавленным металлом.

Стержневые смеси, основной составной частью которых является кварцевый песок, разделяются по способу изготовления на смеси, отверждающиеся при тепловой сушке или в нагреваемой оснастке; жидкие самоотверждающиеся; жидкостекольные и холоднотвердеющие смеси.

При изготовлении форм на машинах в качестве облицовочных используются пластичные самотвердеющие смеси ПСС, состоящие из жидкого стекла (основа), песка, глины, молотого угля и феррохромового шлака; влажность смеси 3,5%. После изготовления формы модель сразу удаляется, а через 4...6 ч в форму заливают металл.

При формовке используются также жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС), отличающиеся высокой текучестью в течение 9...10 мин, что позволяет заливать их в опоку или стержневой ящик. Через 20...30 мин после заливки ЖСС модель удаляется. Основой ЖСС служат либо жидкое стекло, либо органические связующие. Заливку металла в формы с ЖСС осуществляют после 4 ч ее выдержки. ЖСС используются при изготовлении форм и стержней крупных отливок в единичном и мелкосерийном производствах.

При изготовлении средних и крупных форм и стержней в качестве облицовочных находят применение холоднотвердеющие смеси (ХТС). В состав ХТС входят обогащенные кварцевые пески, фенолформальдегидные и другие смолы в качестве связующего и ортофосфорная кислота как катализатор твердения. Заливку ХТС в опоку или стержневой ящик осуществляют за 1...1.5 мин, выдержка форм в нормальных условиях в течение 2 ч. Основным недостатком ХТС является токсичность используемых элементов, что требует создания эффективных вентиляционных устройств.

Особые требования предъявляются к формовочным смесям, используемым при работе на автоматических формовочных линиях (АФЛ). Эти смеси работают в напряженном режиме, поэтому они должны обладать высокими технологическими свойствами (текучестью, прочностью, газопроницаемостью).

Литниковой системой является система каналов и резервуаров, с помощью которых расплав подается в полость формы. В нее (рис. 11.1, г) входит литниковая воронка (чаша) 3, предназначенная для приема расплава и задержания попадающего вместе с ним шлака. Вертикальный канал — стояк 4 — передает расплавленный металл от воронки к другим элементам системы. Конусность 2...4 % обеспечивает удобства при формовке и напор расплава. Шлакоуловитель 5 служит для дальнейшей передачи металла и очистки его от шлака и неметаллических включений. Плавная и с определенной скоростью подача металла непосредственно в полость формы осуществляется питателем 6. Вывод паров и газов из полости формы и уменьшение динамического давления металла на форму достигаются с помощью выпора 2. В литниковую систему могут входить дополнительные прибыли и питающие выпоры, устраиваемые для утолщенных отливок из стали и цветных сплавов.

По конструкции литниковые системы делятся на верхние; нижние, или сифонные; боковые, когда питатели подводят по разъему формы; ярусные (этажные), при которой питатели подводятся на разных уровнях; дождевые.

Трудоемкой и ответственной операцией технологического процесса изготовления отливок является ручная или машинная формовка — изготовление литейной формы.

Большая часть отливок изготовляется литьем в песчаные формы. В некоторых случаях эти отливки не удовлетворяют предъявляемым требованиям. Поэтому применяют специальные способы литья: в оболочковые  формы, по выплавляемым моделям, в постоянные металлические формы — кокили, под давлением, под регулируемым давлением, центробежное, электрошлаковое и др.

Основные операции технологического процесса изготовления отливок могут быть объединены в три группы: формовки; плавки и заливки; выбивки и очистки отливок. Для снятия внутренних напряжений, получения заданных структуры и механических свойств металла отливки подвергают соответствующей термической обработке.

Тема: Изготовление отливок в разовых песчано-глинистых формах.

Литье в песчано-глинистые формы  (рис. 1.) Литейную форму, имеющую полость, в которую заливают расплавленный металл, изготовляют из формовочной смеси по модели. Модели могут быть деревянными или металлическими, размеры моделей должны быть больше размеров отливок на величину усадки металла и величину припуска для последующей механической обработки (2—15 мм).

Рис. 1.Литейная песчано-глинистая

форма

Формовочные смеси для литейных форм состоят из кварцевого песка, специальной глины, воды и ряда добавок, обеспечивающих газопроницаемость и противопригарность смеси. При изготовлении формы формовочную смесь, увлаженную и тщательно перемешанную, засыпают в формовочное приспосооление (нижнюю опоку), предварительно    установив модель отливки. Затем смесь уплотняют вручную различными приспособлениями или на специальных формовочных машинах. После уплотнения смеси модель извлекают из нижней опоки. Аналогичным образом уплотняют смесь и в верхней опоке, предварительно установив в нее, помимо модели отливки, модель литниковой системы, образующую каналы для подвода жидкого металла в полость литейной формы. Литниковая система должна обеспечивать плавное поступление расплавленного металла (расплава) в форму и отвод газов из формы.

Стержни изготовляют в специальных ящиках из стержневой смеси, состоящей из кварцевого песка, глины и связующих материалов (минеральные масла, канифоль, битум и др.). Затем, установив стержни в форму, производят ее сборку: верхнюю опоку устанавливают на нижнюю и фиксируют опоки штырями. В таком виде форма готова к заливке расплавом.

           После заливки расплава в литейную форму и его охлаждения отливки выбивают из формы и очищают от формовочной смеси вручную, на вибрационных решетках или дробеметных установках. Обрубку элементов литниковой системы выполняют дисковыми фрезами, ленточными пилами, на обрезных прессах или газопламенными горелками. Зачистку отливок от заусенцев и заливов выполняют абразивными кругами. После обрубки и зачистки отливок производят, при необходимости, их термическую обработку (нормализацию, отпуск, закалку).

           Преимущества литья в песчанно-глинистые формы является невысокая стоимость формовочных материалов и модельной оснастки. Однако этот способ литья являетчя более трудоемким в сравнении с другими. Кроме того, литье в песчанно-глинистые формы обеспечивает малую точность размеров и большую шероховатость.

Тема: Специальные виды получения отливок.

Литье в оболочковые формы. При этом способе литья применяют специальные оболочковые формы, изготовляемые из кварцевого песка (92-95%) и термореактивной смолы (8-5%), служащей связующим для песка. Изготовление оболочковых форм производят следующим образом (рис. 2). Металлическую модель, нагретую до 200—300° С, покрывают слоем теплостойкой смазки (силиконовая жидкость, раствор каучука в уайт-спирите) и помещают в бункер, затем засыпают формовочной смесью и выдерживают 10—30 с. За это время происходит предварительное спекание оболочки на модели. Затем с модели  удаляют излишки сыпучей формовочной смеси и вместе с оболочкой выдерживают в печи 1—3 мин при температуре 300— 375°С. При этом происходит окончательное спекание оболочки толщиной 7—15 мм. После охлаждения, благодаря разделительному слою теплостойкой смазки, оболочка легко снимается с модели. Выполненные таким образом отдельные части формы и литниковую систему собирают, склеивая по плоскостям разъемов и скрепляя скобами или струбцинами. Изготовление и сборка оболочковых форм легко механизируются и автоматизируются.

Достоинства. В отличие от литья в песчано-глинистые формы литье в оболочковые формы обеспечивает большую точность размеров (5—8-й классы) и меньшую шероховатость.

Припуск на механическую обработку составляет 0,5—3 мм.

Недостатки. Однако ограниченная масса отливок (до 250—300 кг) и более сложная технологическая оснастка являются недостатками этого способа литья. Поэтому литье в оболочковые формы используют в серийном и массовом производстве отливок малых и средних размеров.

Рис.2.Изготовление оболочковых форм:

1-металлическая модель,2-оболочковая форма,

3-формовочная смесь, 4-бункер для формовки

Литье по выплавляемым моделям. В пресс-форме из смеси стеарина (50%) и парафина (50%) отливают модель отливки и элементов литниковой системы.  Температура   прессования   смеси 42—45°С. Модель и литниковую систему собирают в блок и покрывают керамической оболочкой (3—5 слоев толщиной 2—8 мм). Керамическое покрытие состоит из 60—70% пылевидного кварца или тонко измельченного кварцевого песка и 40—30% связующего вещества (раствор этилсиликата). Затем из керамической литейной формы водой, паром или горячим воздухом выплавляют модель. Освобожденные от моделей формы помещают в опоки с песком, уплотняют и прокаливают при 900—950 0С в течение 3—5 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и отжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы наступают на заливку металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение размеров отливки большой точности (4—5-й классы) и малой шероховатости (5—6-й классы). Этим способом можно получать отливки самой сложной формы с толщиной стенок до 0,3—0,8 мм с минимальным припуском на механическую обработку (0,2—0,7 мм).

                                                           

  

Рис. 11.5. Схема изготовления формы по выплавляемым моделям:

а — готовая   деталь;   б — изготовление   модели;   в — блок   моделей;   г — нанесение  суспензии;   д —обсыпка   песком;   е — удаление моделей; ж — заливка расплава

Литье в кокиль (металлические формы). Металлические литейные формы (кокиль) изготовляют разъемными и неразъемными в основном из стали и чугуна. Для получения сложных полостей используют металлические и песчаные стержни.

Перед заливкой металла на рабочую поверхность кокиля наносят облицовочное огнеупорное покрытие из кварца, графита, асбеста и жидкого стекла. Покрытие предохраняет кокиль от воздействия расплавленного металла и уменьшает скорость охлаждения отливки. Перед заливкой кокиль нагревают до 150—450°С в зависимости от его материала, вида заливаемого сплава и размеров отливки.

Литье в кокиль применяют в серийном и массовом производстве. Использование специальных литейных машин и автоматических линий позволяет повысить производительность кокильного литья в 3— 5 раз в сравнении с литьем в песчано-глинистые формы. На 20—30% снижается расход жидкого металла на единицу изделия. Недостатком литья в кокиль являются сложность изготовления металлических форм и их высокая стоимость.                                            

Последовательность изготовления отливки в кокиле показана на рис. 11.6, а...д. Она состоит из небольшого числа основных операций.

Подготовка кокиля к работе включает очистку поверхностей полуформ 1 и 3 (рис. 11.6, а), плиты 4 и разъемов от следов загрязнений и масла; проверку возможных смещений, центрирования и крепления подвижных частей кокиля. Затем кокиль предварительно нагревают до 150...200°С газовыми горелками или электронагревателями, что необходимо для лучшего сцепления облицовки и краски с рабочими поверхностями кокиля и металлического стержня 5. Эти огнеупорные покрытия наносятся в виде водной суспензии. Покрытия наносят пульверизатором 2 или кистью, кокиль при этом раскрыт. Облицовка может состоять из нескольких слоев, сверху облицовку покрывают краской для меньшей шероховатости поверхности. Краски имеют такой же состав, что и облицовки, но более жидкие.

Рис.11.6 Схема изготовления отливки и металлической форме(кокиль): а-очистка полуформ; б- установка стержней; в- заливка расплава; г-частичное удаление металлического стержня; д-извлечение отливки.

Облицовки и краски защищают кокиль от резкого нагрева и схватывания с отливкой, а также регулируют скорость охлаждения отливки, что предопределяет свойства металла отливки. После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, значение которой (обычно 150...350°С) определяется толщиной стенок и размерами, а также задаваемыми свойствами металла отливки.

При сборке кокилей (рис. 11.6,б) устанавливается, если он необходим, песчаный стержень 6. После этого полуформы соединяются и скрепляются специальными зажимами или с помощью механизма запирания кокильной машины.

При помощи разливочных ковшей или автоматических заливочных устройств производится заливка кокиля расплавом 7 (рис. 11.6, в).

После достижения достаточной прочности отливки при ее затвердевании металлический стержень частично извлекается из отливки (рис. 11.6, г), чтобы избежать чрезмерного обжатия его усаживающейся отливкой.

Из открытого кокиля (рис. 11.6,д) извлекается затвердевшая и охлажденная отливка; перед этим окончательно удаляется металлический стержень.

Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли и выпоры; при необходимости проводят термообработку отливок. Отливки проходят контроль.

Этот вид литья применяется в условиях крупносерийного и массового производств. Отливки получают из чугуна, стали и цветных сплавов с толщиной стенок 3...100 мм и массой от десятков граммов до сотен килограммов. В соответствии с ГОСТами точность отливок достигает 12...15-го квалитетов, а шероховатость поверхности Ra 25...2,5 мкм. Отливки характеризуются стабильностью по механическим свойствам и плотностью.

Достоинства. Литье в кокиль относится к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам. Оно улучшает условия труда в литейном производстве и уменьшает воздействие на окружающую среду.

К  недостаткам кокильного литья следует отнести высокую стоимость кокиля, трудность получения тонкостенных отливок в связи с быстрым отвода теплоты от расплава металлическим кокилем, сравнительно небольшое число заливов при изготовлении в нем стальных и чугунных отливок.

Литье под давлением. При этом способе литья расплавленный металл попадает в металлическую пресс-форму под давлением. Принудительное давление, достигающее 5000 кгс/см2, улучшает заполняемость формы и позволяет получать тонкостенные отливки сложной конфигурации (толщина стенок 0,8—3 мм).Операции литья под давлением изображены на рис.3. После заливки металла в камеру прессования (а) поршень опускается вниз, пятка открывает литниковое отверстие и расплавленный металл заполняет литейную пресс-форму (б), в которой происходит кристаллизация расплава и охлаждение отливки. Затем поршень и пятка поднимаются вверх (в) и при этом срезается и выталкивается пресс-остаток. Одновременно с этим происходит размыкание пресс-форм и выталкивание готовой отливки. После этого пресс-форма замыкается и пятка опускается в исходное нижнее положение. Рабочий цикл машины автоматизирован. Пресс-формы являются сложной и дорогой оснасткой, так как выполнены из высоколегированных сталей  с большой   точностью. Для уменьшения износа и облегчения извлечения отливок рабочую поверхность пресс-формы перед заливкой покрывают смазкой на основе минеральных масел с графитом. Литьем под давлением наиболее качественно могут быть получены сложные отливки из цветных металлов и сплавов. Пресс-формы при заливке поддерживают нагретыми в пределах 150—250°С для цинковых сплавов, 120—280°С — для алюминиевых и 300 400°С — для медных сплавов.

Высокая производительность процесса (100—150 отливок в час при массе около 1 кг), сложность и высокая стоимость оснастки определяют применимость способа литья под давлением   в крупносерийном и массовом производствах.

Центробежное литье. Сущность этого способа заключается в том, что под действием центробежных сил, которые больше гравитационных, залитый во вращающуюся форму расплав равномерно распределяется по ее внутренней поверхности; после затвердевания образующиеся отливки имеют форму тел вращения (цилиндров, колец, труб).

Металлические формы при центробежном литье называются изложницами; изготовляют их из стали или чугуна.

Когда наружные поверхности отливок имеют сложную форму (выточки, пояски и т. п.), применяют металлические формы, футерованные изнутри песчано-глинистой или песчано-смоляной смесью. Нанесение футеровки осуществляется формовкой по модели или накаткой роликом.

При литье жаропрочных и титановых сплавов используют оболочковые формы из быстротвердеющих смесей. Их изготовляют по выплавляемым моделям, засыпают снаружи опорным материалом после установки в контейнере, последний закрепляется на столе центробежной машины.

При отливке могут применяться песчаные стержни.

Для регулировки теплового режима на рабочие поверхности изложницы после предварительного ее подогрева (до 200°С) наносят слой огнеупорного покрытия, как и при кокильном литье. Иногда наносят химически активные покрытия (ферросилиций, графит, алюминиевый порошок) с целью изменения свойств поверхностного слоя отливки.

Последовательность изготовления отливок на центробежных машинах с горизонтальной и вертикальной осями вращения форм показана на рис. 11.9, а, б. После подготовки изложницу 1 (рис. 11.9, а) закрывают крышкой 2 и заливают расплавом через желоб 4 из ковша 3. Позиция I соответствует этапу заливки расплавом вращающихся форм, II— формирования и затвердевания отливок, III — извлечения готовых отливок из форм с помощью захватов или толкателей. Машины с горизонтальной осью вращения применяют для производства отливок— труб диаметром от 50 до 1500мм и длиной 4...5м, можно также отливать различные втулки, кольца и т. п. Отливки фасонные (втулки, кольца и др.) с размерами по диаметру, превышающими высоту, получают на машинах с вертикальной осью вращения.

Центробежное литье является производительным способом, хорошо поддающимся механизации и автоматизации. Этот вид литья обеспечивает изготовление отливок массой от нескольких граммов до нескольких тонн.

Рис. 11.9. Схемы процесса получения отливок центробежным литьем:

а — на  машинах с горизонтальной осью вращения; б — с вертикальной

осью вращения

Преимущества центробежного литья следующие: хорошее заполнение формы расплавом; повышенная плотность отливок за счет уменьшения пор, раковин и других дефектов; высокие механические свойства отливок; возможность получения отливок из двух и более металлов, располагающихся слоями.

Недостатками являются загрязнение внутренней поверхности отливок неметаллическими включениями; получение неровной внутренней поверхности отливок; введение для внутренних размеров сравнительно больших припусков на механическую обработку. Точность отливок достигает 12...14-го квалитетов, шероховатость поверхности Rа = 12,5...1,25мкм.

Тема: Литейные сплавы и их свойства.

Чтобы определить возможность использования сплавов в литейном производстве, выявляются их литейные свойства— жидкотекучесть, объемную и линейную усадку, трещиноустойчивость, газонасыщение, ликвацию. Возникающие при затвердевании металлического расплава макро- и микроструктуры также характеризуют его литейные свойства.

Жидкотекучестью называется способность сплавов течь и заполнять литейную форму. Для измерения жидкотекучести изготовляют специальные прутковые пробы, а в случае заполнения в форме тонких рельефов— клиновую или шариковую пробы.

Усадкой называется уменьшение объема и линейных размеров отливки при ее формировании, а также охлаждении с температуры заливки до температуры окружающей среды. Изменение объема сплава в процессе усадки отливки характеризуется наружной усадкой, усадочной раковиной и пористостью. Наружная усадка — изменение объема и наружных размеров; усадочная раковина — результат некомпенсированной объемной усадки; усадочная пористость — скопление мелких пустот по причине отсутствия подпитки жидким расплавом.

Трещиноустойчивостью называется способность сплава противостоять образованию трещин в отливках. Трещины бывают горячие, возникающие в интервале температур затвердевания сплава за счет его усадки, и холодные, являющиеся следствием действия высоких внутренних напряжений в металле отливок.

Усадка и трещиноустойчивость сплавов определяются на специальных образцах.

Газонасыщение литейных сплавов возможно за счет попадания газов из шихтовых материалов и атмосферы, а также возникающих в процессе взаимодействия расплава с литейной формой. Газонасыщение отливок определяется на специальных образцах по газовой пористости или химическим анализом.

Изготовление отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугунов

Серому чугуну свойственны высокая жидкотекучесть и малая усадка (до 1,3%). Отливки из серого чугуна получаются качественными, без усадочных раковин, пористости и трещин; толщина стенок у крупных фасонных отливок может быть доведена до 3...4 мм.

Обычный серый чугун выплавляется в вагранках, высококачественный— в дуговых или индукционных печах. Вагранка — плавильный агрегат в виде шахты доменного типа с водоохлаждаемым кожухом. Процесс плавки в вагранках автоматизирован.

Отливки серого чугуна получают в песчаных формах, литьем в оболочковые формы, в кокили, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем. После кокиля отливку для устранения возможного отбела подвергают отжигу.

Высокопрочный чугун обладает жидкотекучестью серого чугуна, что позволяет получать отливки с минимальной толщиной стенки 3...5 мм. Но усадка высокопрочного чугуна более значительна (до 1,7%), поэтому отливки имеют, как правило, усадочные дефекты. В связи с этим осуществляют направленную кристаллизацию металла отливок путем создания прибылей и холодильников.

Высокопрочный чугун выплавляется в вагранках, дуговых печах, а также в индукционных печах.

Отливки из высокопрочного чугуна получают различными способами.

Ковкий чугун является продуктом отжига отливок из белого чугуна. Белый чугун обладает значительно худшими литейными свойствами, чем серый чугун. Это приводит к повышенным температурам заливки, особенно при получении тонкостенных отливок, и возникновению усадочных раковин, пористости и трещин.

Белый чугун плавят дуплекс-процессом: сначала в вагранке, а затем переливают в дуговую или индукционную печь, где осуществляются нагрев до нужной температуры и доводка расплава до заданного химического состава.

Отливки получают в песчаных формах, а также в оболочковых формах и кокилях; толщина стенок этих отливок 5...50 мм. Затем их помещают в герметичные стальные контейнеры и подвергают длительному отжигу на ковкий чугун.

Особенности изготовления стальных отливок

Углеродистые литейные стали содержат углерода 0,12...0,6 % и обозначаются буквой Л в конце маркировки.

Стальные отливки отличаются литейными пороками, так как литейные свойства стали хуже, чем у чугуна и других литейных сплавов; усадка доходит до 2,5 %. При этом низкоуглеродистые стали характеризуются склонностью к образованию горячих трещин за счет повышенных температур разливки. В высокоуглеродистых сталях возникают внутренние напряжения из-за их меньшей пластичности и теплопроводности.

Стали плавятся в дуговых и индукционных печах. Все шире в литейном производстве применяется плавка стали в плазменных печах, что приводит к лучшему усвоению легирующих добавок из отходов легированных сталей, уменьшению загрязнения окружающей среды и лучшим условиям труда.

Стальные отливки массой в несколько граммов и десятки тонн с толщиной стенки 1...300 мм получают в песчаных формах и другими способами. Они подвергаются последующей термической обработке (отжигу или нормализации) для снятия литейных напряжений и улучшения структуры.

Из углеродистых сталей получают отливки для корпусов и станин, зубчатых колес, прокатных валков.

Применяются и легированные литейные стали: 15Х25ТЛ, 09Х16Н4БЛ, 08Х17634В5ТЗЮ2Л, 12Х18Н9ТЛ и др. Легированные стали используют для литья турбинных лопаток, клапанов арматуры и других ответственных деталей.

Особенности изготовления отливок из цветных металлов

В производственной практике применяется пять групп литейных алюминиевых сплавов. Это Al—Si, Al—Cu—Si, Al—Cu, Al—Mg и сложнолегированные сплавы.

Сплавы системы Al—Si (силумины марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) обладают наилучшими литейными свойствами, например усадка составляет 0,8...1,1 %, поэтому они получили наибольшее распространение.

Выбор метода плавки цветных металлов определяется их свойствами. В частности, алюминиевые и магниевые сплавы имеют низкие температурные интервалы плавления и обладают повышенным сродством к кислороду. Плавку алюминиевых сплавов ведут в пламенных печах, в электрических печах сопротивления, в индукционных печах.

Большую часть отливок из алюминиевых сплавов (70...80 %) получают литьем в постоянные формы (в кокиль, под давлением, под низким давлением), остальные— в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям).

Лучшими литейными магниевыми сплавами  являются сплавы системы М—А1—2г марок МЛ5 и МЛ6.

В сравнении с алюминиевыми магниевые литейные сплавы обладают рядом недостатков: худшие литейные свойства, хорошая растворимость водорода в расплаве, самовозгорание при плавке и заливке форм.

Плавку магниевых сплавов ведут в тигельных электрических печах и индукционных печах под слоем специальных флюсов или в среде защитных газов, чтобы предотвратить возгорание сплава.

Около 40 % отливок из магниевых сплавов получают литьем в постоянные формы (в кокиль и под давлением). Отливки также изготовляют в разовых формах (песчаных и оболочковых). Чтобы избежать возгорания при разливке, струю металла припыливают порошком серы.

Лучшими литейными свойствами среди отливок из медных сплавов обладают оловянные бронзы (усадка 1,4...1,6%). Безоловянные бронзы имеют большую усадку (1,6...2,4 %). Латуни характеризуются удовлетворительной жидкотекучестью и сравнительно высокой усадкой (1,6...2,2 % ). Таким образом, медные сплавы склонны к образованию усадочных раковин и пористости, а также трещин.

Для плавки медных сплавов применяют отражательные, электродуговые и индукционные печи. Плавка ведется на воздухе, в среде защитных газов и в вакууме.

Около 80 % отливок получают литьем в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям), остальные — в постоянные (в кокиль, под давлением, центробежное литье).

Основным литейным титановым сплавом считается сплав ВТ5Л, обладающий хорошими механическими и литейными свойствами. Кроме того, применяются сплавы ВТ1Л, ВТ6Л, ВТ14Л и др.

Титановые сплавы имеют литейную усадку 1,5 % при литье в керамические и 2...2,3 %—в металлические формы.

Плавят титановые сплавы вследствие их высокой химической активности в вакууме, а также в атмосфере аргона или гелия. Используются вакуумно-дуговые, электронно-лучевые и плазменные печи с графитовыми тиглями или медными водоохлаждаемыми кристаллизаторами.

Перед заливкой в литейную форму титановые сплавы подвергают двойному переплаву.

Производство титановых отливок имеет следующие особенности: заливка титановых сплавов в формы осуществляется в вакууме; высокая температура заливки и химическая активность сплавов требуют нетрадиционных материалов для изготовления литейных форм и стержней.

Около 80 % фасонных отливок из титановых сплавов Производят литьем в разовые высокоогнеупорные формы. Используются формовочные смеси на основе плавленого оксида алюминия (электрокорунда), магнезита, диоксидов циркония и графита. Набивные литейные формы и стержни изготавливаются при помощи металлической или деревянной модельно-стержневой оснастки. Отливки получают также в графитовых керамических формах по выплавляемым моделям и оболочковых формах. Простые отливки изготавливаются литьем в металлические или графитовые кокили.

Контроль качества отливок. Способы исправления литейных дефектов

По дефектам отливок судят о их качестве. Разделяют наружные (песчаные раковины, перекосы, недоливы и др.) и внутренние (усадочные и газовые раковины, трещины и др.) дефекты.

Открытые или закрытые пустоты в отливке называют песчаными раковинами. Они возникают из-за недостаточного уплотнения формы, малой прочности формы и стержней и других причин.

Смещения одной части относительно другой считают перекосами отливки. К этому приводят, в частности, неточная сборка формы, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике.

Неполное заполнение отдельных частей отливки за счет неправильной конструкции отливки и литниковой системы и низкой температуры заливки называют недоливами.

Пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением могут быть также усадочными раковинами, которые являются следствием недостаточного питания расплавом крупногабаритных отливок, повышенной температуры заливки, нетехнологичной конструкции отливок.

Пустоты с гладкой поверхностью являются газовыми раковинами. Появляются они при заливке в форму насыщенного газами расплава, использовании формовочных смесей высокой влажности и др.

Трещинами в отливках называют разрывы в теле отливки вследствие неправильного оформления литниковой системы, заливки перегретого расплава и других отклонений технологического процесса.

Дефекты в отливках определяют визуально, с помощью люминесцентного контроля, магнитной или цветной дефектоскопии, рентгеноскопии, гамма-дефектоскопии, ультразвуковыми и другими методами.

Применяется несколько методов исправления дефектов в отливках. Замазками или мастиками проводят декоративное исправление незначительных поверхностных дефектов отливок. С целью устранения пористости отливки пропитывают различными составами. Раковины, трещины и сквозные отверстия на необрабатываемых в дальнейшем поверхностях отливки устраняют с помощью газовой или электрической сварки.

Контрольные вопросы:

1.На какие способы изготовления классифицируются отливки?

2. Сущность изготовления отливок в песчаных формах, ее элементы и назначения.

3. Что называют литниковой системой?

4. Сущность метода литья в оболочковые формы, в металлические формы , по выплавляемым моделям, под давлением, центробежного литья. Достоинства и недостатки.

5.Сведения о литейных сплавах. Изготовление отливок из серого, высокопрочного и ковкого чугунов.

6. Особенности изготовления из стальных отливок, из цветных металлов.

7. Как производится контроль качества отливок? Способы исправления литейных дефектов

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

лекция № Технология литейного производства.doc

лекция № Технология литейного производства.doc
Размер: 417 Кб

.

Пожаловаться на материал

Цель лекции: иметь представление об основах литейного производства, приобрести навыки в  изготовлении форм, стержней, поковок. Тема: Классификация способов изготовления литейных форм. Формовочные смеси классифицируются по ряду признаков. Специальные виды получения отливок. Литейные сплавы и их свойства. Особенности изготовления стальных отливок.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

2 мировая война

Вторая мировая война была порождена всем предшествующим ходом экономического и политического развития капиталистического мира.

Игры на повышение сплоченности группы

Щепка на реке. Проводник. Слон. Паровозик. Угадай, кого нет. Ассоциации. Колдуны в деревне. Крокодильчики. Красные, синие, зелёные. Йоги. Коллективная сказка

Социолингвистика

Некоторые термины и понятия социолингвистика заимствовала из социологии и социальной психологии. Важнейшие из них – социальный статус и социальная роль.

Свобода совести в России

Российская Федерации был принят закон \"О свободе совести и о религиозных) объединениях\", вызвавший ожесточенные споры не только в нашей стране, но и за рубежом

Биологическая химия

Обмен веществ в организме человека. Белки, аминокислоты, жиры. Катаболизм и анаболизм. Биохимические процессы. Предмет биологическая химия. Вопросы на экзамен и Ответы.

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok