Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Материалы практических занятий за 04.11.13 и 30.12.13
Специальные способы литья
К специальным относят способы литья отличные от литья в разовые песчаные формы (базовой технологии). Они характеризуются более высокой точностью, лучшим качеством поверхности отливок, меньшими припусками на их механическую обработку, высокими показателями физико-механических свойств материала и эксплуатационных свойств литых деталей.
Появление специальных способов литья (ССЛ) связано с необходимостью снижения недостатков литья в разовые песчаные формы: материало- и энергоемкость, высокие трудозатраты, тяжелые условия реализации, недостаточный уровень экологической безопасности. Процессы ССЛ, как правило, осуществляются на дорогостоящих автоматических (автоматизированных) установках и линиях. Поэтому их применение должно быть экономически целесообразно. Чаще всего это обеспечивается при высокой серийности выпуска отливок или наличии повышенных требований к их качеству.
Все известные ССЛ ( 60) делят на 4 группы:
1) в условиях естественной гравитации (литье по выплавляемым и по газифицируемым моделям; литье в кокиль, оболочковые, замороженные фор мы и др.);
2) с применением внешних воздействий на жидкий и кристаллизующийся расплав (литье под высоким давлением, под регулируемым давлением, вакуумным всасыванием, с кристаллизацией под давлением, с применением ультразвуковых колебаний расплава центробежное литье и др.);
3) непрерывного и полунепрерывного литья (литье намораживанием; бесслитковая прокатка; электрошлаковое литье; литье непрерывным вытягиванием из расплава и др.).
4) получения отливок со специальными свойствами (суспензионное литье; тиксолитье; реолитье; композиционное литье; каменное литье; шликерное литье; шлакокаменное литье и др.).
Литье в кокиль. Сущность процесса. Основные операции. Технология литья.
Литье в кокиль – процесс получения отливок путем свободной заливки расплава в многократно используемую металлическую форму – кокиль (ГОСТ 18169–86) (рис. 1).
Этот способ получения фасонных отливок рентабе лен при условии съема с каждой формы не менее 200 – 400 небольших и 50 – 200 крупных отливок. Изготовление отливок литьем в кокиль целесообразно в массовом, крупносерийном и серийном производствах в том случае, когда снижаются затраты на изготовление готовой детали с учетом стоимости кокиля и объема отходов материала при дальнейшей механической обработке полученной отливки.
Высокая теплопроводность материала формы ускоряет затвердевание от ливки, вследствие чего в ней формируется мелкозернистая и плотная структу ра, имеющая более высокие механические свойства.
|
Рис. 1. Кокиль: 1,4 – разъемный корпус; 2 – воронка литниковой системы; 3 – песчаный стержень |
Для предотвращения физико-химического взаимодействия заливаемого расплава с материалом кокиля и регулирования скорости охлаждения отливки (во избежание образования дефектов) на рабочую поверхность кокиля наносят огнеупорное покрытие.
Возможность многократного использования кокиля (ресурс его работы) зависит от свойств материала кокиля и покрытия, а также температуры заливки расплава, конструкции и массы отливки.
В качестве материала кокиля чаще всего применяют чугун и сталь. В крупносерийном и массовом производствах используют кокильные машины и автоматизированные линии, в серийном производстве – ручные кокильные станки.
Преимущества способа: повышенная точность размеров и лучшее качество поверхности отливок; увеличение производительности труда в 2 – 5 раз.
Недостатки способа: высокая стоимость форм; ограниченный ресурс работы кокиля; высокая вероятность образования усадочных раковин и горячих трещин в отливках.
Область применения: фасонные отливки с толщиной стенки 5 – 20 мм из алюминиевых и магниевых сплавов, реже из стали и чугуна.
Литье под давлением. Сущность процесса. Основные операции. Технология литья под давлением.
Сущность способа литья под давлением заключается в том, что расплав заполняет металлическую форму под давлением. По уровню механизации, производительности, точности отливок и минимальной продолжительности технологического цикла литье под давлением превосходит все известные способы получения литых деталей. Применение этого способа в ряде случаев в десятки раз снижает трудоемкость изготовления отливок при одновременном уменьшении их массы на 30 – 50%.
Известно несколько разновидностей этого способа:
литье под высоким давлением – расплав наполняет пресс-форму под давлением 44 – 98 МПа;
литье под низким давлением – расплав поступает в форму по металлопроводу из резервуара раздаточной печи под давлением воздуха или газа 18 – 80 кПа;
литье с противодавлением – в резервуаре с металлом и в литейной форме, соединенных между собой металлопроводом, создается давление около 300 кПа, зятем давление в форме понижается до 250 – 260 кПа. В результате этой разности давлений расплав плавно заполняет форму. Отливки получаются без пор и раковин, с повышенной плотностью и чистой поверхностью, поэтому не нарушается сплошность потока, и расплав постоянно испытывает давление. Необходимость герметизации формы и резервуара с расплавом требует усложнения конструкции оснастки и машины, что является причиной малой распространенности этого способа литья.
Низкая стойкость металлопроводов обуславливает ограниченное распространение литья под низким давлением, хотя в последние годы, благодаря созданию качественных огнеупоров, этот способ относят к числу перспективных.
Наибольшее применение нашел способ литья под высоким давлением (в технической литературе слово «высокое» обычно опускается) две другие разновидности в последнее время относят к способу литья под регулируемым давлением. Для литья под давлением применяют машины с горячей камерой прессования, находящейся непосредственно в расплаве, и с холодной камерой прессования, в которую расплав заливают мерным ковшом, затем поршнем запрессовывают в форму. Камеры располагают в машинах вертикально и горизонтально. В большей части конструкций машин применяют второй вариант как более простой в исполнении и удобный в работе.
Эффективность литья под давлением определяется в основном стойкостью пресс-форм, материал которых должен обладать высокой жаростойкостью, эрозионной стойкостью, твердостью, минимальным термическим расширением. Наиболее ответственные детали (матрицы, пуансоны, стержни, вставки, рассекатели, литниковые втулки) изготавливают из высоколегированных сталей 3Х2ВФ, 3X13, 4Х5МФС, Х5НМ; втулки, пальцы, рейки – из инструментальных сталей У8, У10; остальные детали из высокоуглеродистых сталей.
Для повышения стойкости пресс-форм и облегчения удаления из них отливок рекомендуется применять смазочный материал. Качество отливок зависит от температуры сплава теплового и газового режима формы, давления прессования, скорости впуска металла и других факторов.
Для литья под давлением созданы высокопроизводительные машины и автоматизированные комплексы, снабженные дозирующими устройствами, специальными механизмами и манипуляторами сброса отливок, прессами для отсечки литников, современной контрольно-измерительной аппаратурой.
Рассмотрим литье под высоким давлением в металлическую пресс-форму. Сущность процесса состоит в том, что на расплав в камере прессования машины, сообщающейся с рабочей полостью формы, воздействует поршень, в результате чего происходит быстрое заполнение формы и формирование отливки, точно повторяющей ее конфигурацию (рис. 2).
|
Рис. 2. Схема процесса литья под давлением: а – металл залит в камеру прессования; б – прессование; в – раскрытие пресс-формы; 1 – прессовый поршень; 2 – камера прессования; 3 – поршень; 4 – металл; 5, 6 – половины пресс-формы; 7 – литник; 8 – остаток металла; 9 – отливка |
Способ реализуют на машинах с холодной камерой прессования (камера находится вне расплава) и горячей камерой прессования (камера погружена в расплав). Пресс-форма обычно изготавливается из стали. Отверстия в отливках формируют металлическими стержнями.
Преимущества способа: высокая точность размеров отливки и низкая шероховатость поверхности, что часто исключает дальнейшую механическую обработку; возможность получения отливок с толщиной стенки до 0,8 мм; высокая производительность процесса (особенно при использовании многогнездных форм).
Недостатки способа: высокая стоимость и ограниченный ресурс работы пресс-форм; ограничения по геометрии и материалу получаемых отливок; газовоздушная пористость в отливках (до 15 – 100 см3 на 100 г материала).
Область применения: массовое производство тонкостенных отливок из цветных сплавов (Al, Mg, Cu, Zn).
Центробежное литье. Сущность процесса. Основные операции. Технология литья изготовления отливок.
Центробежное литье – процесс получения отливок путем свободной заливки расплава во вращающуюся форму, при котором формирование отливки осуществляется в поле центробежных сил (ГОСТ 18169–86) (рис. 3).
Форму устанавливают на литейных центробежных машинах с горизонтальной, вертикальной или наклонной осью вращения. На практике применяют скорости вращения 250...1500 об/мин.
В качестве формы обычно используют центробежную изложницу – металлическую форму в виде цилиндрического сосуда-стакана, которую футеруют изнутри или наносят на внутреннюю поверхность огнеупорное покрытие.
|
Рис. 3. Центробежное литье: а – горизонтальная машина: 1 – форма; 2 – полая отливка; 3 – желоб; 4 – ковш с жидким металлом; 5 – готовая втулка; б – вертикальная машина: форма; 2 – полая отливка; 3 – ковш; 4 – готовая деталь |
Под действием центробежных сил частицы заливаемого расплава отбрасываются от оси вращения к рабочей поверхности формы и, затвердевая, принимают ее очертания. Растущие от стенок формы дендриты постоянно питаются расплавом, поступающим от оси вращения. Формирование стенки отливки идет направленно к оси вращения формы. Это приводит к уплотнению материала отливки, повышению за счет этого механических свойств, быстрому отделению газов, неметаллических примесей и вытеснению их к оси вращения формы. При этом с учетом многокомпонентности сплава, возникает ликвация по толщине стенки отливки.
Преимущества способа: высокая плотность отливок при достаточных точности размеров и качестве поверхности; отсутствие стержней для оформления цилиндрических отверстий; отсутствие литниковой системы; возможность получения тонкостенных отливок из сплавов с низкой жидкотекучестью.
Недостатки способа: невозможность получения отверстий и толщин стенок точного размера из-за зависимости от точности дозировки залитого в форму расплава; трудности получения отливок из сплавов, склонных к ликвации; ограничения по геометрии получаемых отливок; низкое качество свободной поверхности вращения.
Область применения: отливки, имеющие форму тел вращения (втулки, трубы, кольца, шестерни, диски и т.п.).
Литье по выплавляемым моделям. Сущность процесса. Технология изготовления моделей.
Литье по выплавляемым моделям (точное литье) – процесс получения отливок путем свободной заливки расплава в многослойную керамическую форму – оболочку (рис. 4).
|
Рис. 4. Схема получения отливок литьем по выплавляемым моделям: а – изготовление модели; б – изготовление формы; в – заливка формы сплавом; 1 – отливка; 2 – пресс-форма модели; 3 – модель |
Оболочка изготавливается из огнеупорного состава, которым облицовывают модель перед удалением посредством выплавления. Неразъемная оболочковая керамическая форма перед заливкой расплавом прокаливается, а после заливки – разрушается.
Этим методом можно изготавливать очень точные (до сотых долей миллиметра) отливки с толщиной стенок от 0,5 мм и выше, небольшой массы (до 10 кг) из любых сплавов с температурой плавления до 1600 С.
Модели по этому способу изготавливают в специальных пресс-формах, применяя легкоплавкий материал (воск, парафин, стеарин и др.). В массовом производстве используют многогнездные пресс-формы из стали и алюминиевых сплавов, а в единичном и мелкосерийном – из гипса, дерева и полимеров.
Изготовленные в пресс-формах модели обычно собирают в блоки – «елочки» по несколько штук, соединяя с единой литниковой системой. На собранный блок моделей наносят методом окунания жидкую огнеупорную суспензию, состоящую из огнеупорной основы (кварцевой муки) и связующего – этилсиликата (коллоидного спиртового раствора двуокиси кремния).
Нанесение покрытия проводится 4 – 8 раз с присыпкой поверхности блоков мелкозернистым кварцевым песком или маршалитом, пока не будет получена оболочка толщиной 2,5 – 8 мм. Затем блок моделей присушивают на воздухе или в камерах аммиачной сушки и далее подают на выплавку модельного состава в горячей воде, воздухе, на пару или в расплаве модельного состава. После этого форму при необходимости помещают в опоку, где засыпают опорным наполнителем (песком, дробью или боем керамических оболочек), и подают на прокалку при нагреве до 800 – 900 °С для удаления остатков модельного состава, влаги и для упрочнения оболочки.
Преимущества способа: широкие возможности изготовления отливок сложной конфигурации с хорошей точностью геометрии из практически любых сплавов; уменьшение расхода формовочных материалов; снижение объемов последующей механической обработки отливок.
Недостатки способа: трудоемкость, длительность, многооперационность процесса; необходимость использования дорогостоящих материалов; высокий процент брака по усадочным дефектам; высокая себестоимость литья.
Область применения: отливки повышенной точности из черных и цветных сплавов; художественное литье; ювелирное и стоматологическое литье.
Литье в оболочковые формы. Сущность процесса. Технология изготовления оболочковых форм.
Оболочковая форма представляет собой две скрепленные рельефные полуформы с толщиной стенок 5 – 15 мм. Формы изготавливаются из смеси, состоящей из кварцевого песка и фенольно-формальдегидной порошкообразной термореактивной смолы – пульвербакелита (связующего). Изготовление оболочковых форм основано на свойствах смолы плавиться при нагревании и обволакивать зерна песка. При дальнейшем нагревании смола затвердевает и, связывая зерна песка, образует прочную оболочку. Оболочковые формы изготовляются на автоматических и полуавтоматических машинах.
Процесс изготовления оболочек на установке с поворотным бункером включает несколько операций (рис. 5):
очистка металлической модельной плиты 1 и покрытие ее из пульверизатора 2 термостойким разделительным составом для легкого отделения и снятия оболочки (рис. 5, а);
нагрев модельной плиты в электрической печи 3 до температуры 220 – 250 ° С (рис. 5, б);
наложение и закрепление нагретой модельной плиты на поворотном бункере 4, содержащем песчано-смоляную смесь 5 (рис. 5, в);
для формирования оболочки бункер с моделью поворачивают на 180°; при этом песчано-смоляная смесь падает на нагретую модельную плиту; в тонком слое смеси, прилегающем к модельной плите, смола от тепла плиты плавится и прочно связывает зерна песка, в результате чего формируется оболочка, копирующая конфигурацию модельной плиты; толщина оболочки зависит от времени выдержки плиты под смесью и температуры нагрева модельной плиты (рис. 5, г);
возврат бункера с модельной плитой в исходное положение; при этом удаляется излишняя смесь с модельной плиты, затем происходит снятие плиты с образовавшейся на ней оболочкой 6 (рис. 5, д);
поворот модельной плиты на 180° и загрузка ее в электрическую печь для окончательного затвердения оболочки при температуре 300 – 350 °С за 90 – 180 сек (рис. 5, е);
съем затвердевшей оболочки с модельной плиты с помощью системы, состоящей из выталкивателей 7 и толкательной плиты 8 (рис. 102, ж).
Аналогично получают вторую облочковую полуформу. Полуформы после установки стержней спаривают по фиксаторам 9 (конусные впадины и выступы (рис. 5, з).
Рис. 5. Изготовление оболочек на установке с поворотным бункером
Оболочковые формы скрепляют скобами, струбцинами или склеивают. Иногда формы перед заливкой помещают в специальные контейнеры и засыпают металлической дробью или песком, иногда скрепляют в особых зажимах под грузом. После охлаждения отливок оболочковые формы легко разрушаются.
Литьем в оболочковые формы изготовляют отливки из стали, чугуна, цветных сплавов массой до 50 кг. При этом точность отливок значительно выше по сравнению с отливками, изготовленными в песчаных формах и соответствует 5–7-му классу точности по ГОСТ 2689–54 с чистотой поверхности, соответствующей 7–4-му классам по ГОСТ 2789–59.