Разработка технологического процесса изготовления отливки в разовой песчано-глинистой форме

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

1. Технологический процесс изготовления отливки в разовых песчано-глинистых формах

1.1 Теоретические основы литейного производства

Литейное производство -- отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных деталей и заготовок путём заливки расплавленного металла в форму, полость которой имеет конфигурацию требуемой детали.

В процессе литья, при охлаждении металл в форме затвердевает и получается отливка -- готовая деталь или заготовка, которая при необходимости (повышение точности размеров и снижения шероховатости поверхности) подвергается последующей механической обработке. В связи с этим перед литейным производством стоит задача получения отливок, размеры и форма которых максимально приближена к размерам и форме готовой детали. В машинах и промышленном оборудовании от 50-ти до 95-ти процентов всех деталей изготовляют способом литья в формы.

Основными способами получения отливок являются: литье в песчано-глинистые формы, литье в кокиль, литье под давлением, центробежное литье, литье в оболочковые формы, литье по газифицированным моделям. Все способы кроме первого способа получения отливок относятся к специальным способам литья. Они позволяют получить отливки с меньшей шероховатостью поверхности, большей точностью геометрических параметров, лучшими механическими свойствами и структурой. Отливки, полученные этими способами, по своей геометрической форме и размерам приближаются к форме и размерам готовой детали, поэтому очень часто не требуют механической обработки. Этими способами литья можно получать отливки из стали, цветных металлов и их сплавов.

Литье в песчано-глинистые формы. Этот способ получения отливок наиболее распространенный. Сначала изготовляют модель (копию) отливки из дерева или дешевого металла. Размеры модели несколько больше, чем размеры готовой отливки, на величину усадки и припусков на механическую обработку.

По модели делают (формуют) форму. В специальные металлические рамки (опоки) помещают модель, затем насыпают формовочную смесь и уплотняют ее. Полученный отпечаток и называют литейной формой. Литейные формы чаще всего делают из двух половин на формовочных машинах различной конструкции. Готовые формы заливают металлом. После охлаждения форму разрушают, отливку очищают от остатков смеси и приливов металла и отправляют на механическую обработку.

Литье в металлические формы. Металлические формы, или кокили, изготовляют из чугуна и стали. При заливке в металлические формы сплав быстрее кристаллизуется, поэтому структура отливок получается более мелкозернистой, более плотной, соответственно и механические свойства таких отливок выше по сравнению с отливками, полученными в песчано-глинистых формах. Чистота поверхности и точность размеров отливок в металлических формах довольно высокие.

Литье в кокиль применяют для простых по конфигурации отливок из чугуна, стали и цветных сплавов. Для получения внутренних полостей в отливке в одну из половин кокиля вставляют стержни. Затем обе половины кокиля соединяют, плотно скрепляют и заливают в него жидкий металл. Здесь металл быстро затвердевает. Через несколько минут после заливки деталь можно вынуть и начать процесс снова.

В результате получения высокой твердости отливки нельзя обрабатывать режущим инструментом; перед механической обработкой их подвергают термической обработке - отжигу при температуре 850-900° С.

Литье под давлением. Сначала изготовляют специальные стальные формы, называемые пресс-формы. В пресс-формы, изготовленные из двух половин, давлением поршня вводится жидкий металл. Заполнение форм жидким металлом производится на специальных машинах.

Литье под давлением применяют для сложных по конфигурации отливок из цветных сплавов небольшой массы. Отливки получаются очень плотные, высокой точности, с чистой поверхностью и высокими показателями механических свойств. Недостаток этого метода состоит в следующем: при быстром заполнении пресс-формы жидким металлом из нее не успевает выходить воздух и в виде мелких пузырьков остается внутри отливки.

Поэтому такие отливки нельзя подвергать термической обработке, так как при нагревании пузырьки воздуха расширяются и выпучиваются в виде бугорков на поверхности отливок, получается некачественная поверхность.

Центробежное литье. При этом способе жидкий металл заливают во вращающуюся металлическую форму-изложницу. Под действием центробежных сил металл прижимается к стенкам вращающейся изложницы и затвердевает в ней. Таким способом на специальных центробежных . машинах изготовляют отливки, имеющие форму тел вращения, из цветных сплавов и чугуна (втулки, червячные шестерни, чугунные трубы). Отливки получаются плотными с мелкозернистой структурой и высокими показателями механических свойств.

Литье в оболочковые формы. При этом способе применяют только металлические модели. Подогретую до температуры 200-250° С Модель засыпают высокопрочной формовочной смесью, состоящей из песка и термореактивной смолы. Под действием тепла частицы смолы, прилегающие к модели, расплавляются и обволакивают зерна песка, а застывая склеивают их между собой.

Остальную сыпучую часть смеси удаляют, а оставшуюся полутвердую оболочку вместе с моделью помещают в печь и нагревают до температуры 300-350° С. При этой температуре смесь необратимо твердеет, получается прочная полуформа, которую снимают с модели.

Аналогично делают вторую полуформу, затем обе полуформы соединяют, получается форма, которую заливают жидким металлом. При твердении смеси непосредственно на модели получаются точные по размерам формы и отливки. По мере прогревания оболочковой формы залитым в нее металлом ее прочность сильно уменьшается, что способствует свободной усадке металла и получению отливок без внутренних напряжений и трещин. Такие отливки изготовляют из чугуна, стали и цветных сплавов.

Литье по выплавляемым моделям. При этом способе сначала изготовляют металлическую пресс-форму, в которую запрессовывают легкоплавкую смесь, состоящую преимущественно из парафина и других добавок. Таким образом получают легкоплавкие модели будущих отливок.

В другой пресс-форме аналогично получают легкоплавкую модель литниковой системы. Несколько легкоплавких моделей 2 будущих отливок припаиваются паяльником 3 к легкоплавкой модели литниковой системы. Полученная легкоплавкая конструкция называется блоком моделей.

На блоки моделей наносят слой жидкой суспензии, состоящей из пылевидного огнеупорного материала и связующего, обсыпают мелким кварцевым песком и слегка подсушивают. Таким образом получают тонкий огнеупорный слой.

Для создания прочной огнеупорной оболочки наносят несколько таких слоев. Далее из огнеупорной оболочки выплавляют и удаляют легкоплавкий блок моделей. В результате получается прочная, неразъемная с гладкой рабочей поверхностью оболочковая форма. Оболочковую форму прокаливают при температуре 900-1000° С, чтобы удалить влагу и остатки легкоплавкой смеси. Затем горячую оболочковую форму помещают в опоку которую засыпают сухим песком или чугунной дробью 6, чтобы оболочка не разрушилась от напора металла.

Далее в готовую форму заливают расплавленный металл. Остывшие отливки извлекают из опоки, очищают и отправляют на дальнейшую обработку. Литьем по выплавляемым моделям получают мелкие отливки сложной конфигурации из различных сплавов (в том числе из тугоплавких, жаропрочных, коррозионностойких, труднообрабатываемых) для изготовления колес насосов, деталей турбомашин, турбинных лопаток.

Этот способ литья широко применяют при массовом производстве мелких сложных стальных отливок, не требующих дальнейшей механической обработки. Кроме того, изготовляют отливки, которые другими способами металлообработки изготовить, технологически невозможно или экономически нецелесообразно.

1.2 Литье в песчано-глинистые формы

Разовые песчано-глинистые формы выполняются объёмными, их получают путём уплотнения специальных материалов, называемых формовочными смесями. Для приготовления этих смесей используют сухой кварцевый песок, особые формовочные глины и вспомогательные материалы- мазут, угольную пыль, опилки, графит, тальк и др. Формовочные смеси должны обладать комплексом определённых свойств: пластичностью, прочностью, газопроницаемостью и противопригарностью. Выгорающие добавки (мазут, угольная пыль и др.) обеспечивают газопроницаемость формовочной смеси, а графит и тальк придают ей свойства противопригарности.

Отдозированные исходные материалы тщательно перемешиваются в специальных машинах, называемых бегунами. Бегуны могут быть с вертикальными и горизонтальными катками. Наиболее распространены бегуны с вертикальными катками.

Отверстия и различные полости в отливках получают с помощью специальных фасонных вставок, называемых стержнями. Стержни во время заливки формы металлом находятся в более тяжёлых условиях, чем стенки формы, так как они со всех сторон окружены расплавленным металлом. Во время кристаллизации металла они испытывают сжимающие воздействия усадки. Стержневая смесь должна обладать кроме того хорошей газопроницаемостью, выбиваемостью и непригораемостью.

Технологический процесс литья в земляные формы складывается из следующих основных стадий: изготовления модельных комплектов, приготовления формовочных и стержневых смесей, изготовления форм и стержней, сборки форм, получения литейного сплава, заливки форм, выбивки отливок из форм, их очистки и обрубки.

Модельным комплектом называют технологическую оснастку, включающую литейную модель, стержневой ящик, модельные плиты и модели литниковой системы.

Модель служит для образования отпечатка, соответствующего наружной конфигурации отливки. Модель представляет собой несколько видоизменённую копию отливки. Размеры модели выполняются с учётом усадки и припусков на последующую механическую обработку. В зависимости от конфигурации детали модели выполняются цельными или разъёмными. При этом конфигурация модели должна обеспечивать извлечение её из формы без нарушения полученного отпечатка. В большинстве случаев модели выполняются из двух половинок - верхней и нижней, соединяемых по плоскостям разъёма.

Стержневой ящик представляет собой инструментальную оснастку, предназначенную для получения стержней. В индивидуальном и мелкосерийном производствах модели и стержневые ящики изготавливаются обычно деревянными, в массовом производстве вся модельная оснастка выполняется металлической, чаще всего из алюминиевых сплавов.

В моделях предусматриваются знаки - специальные выступы, образующие в форме углубления, куда устанавливаются перед заливкой стержни.

Модельная плита предназначена для закрепления на ней одной или нескольких моделей и элементов литниковой системы.

Для вывода газов из полости формы и для контроля заполнения её жидким металлом устраиваются вертикальные каналы - выпоры, располагающиеся на наиболее высоких частях отливки. С целью предотвращения образования усадочных раковин над массивными частями отливки в литейных формах предусматривают специальные полости - прибыли, питающие жидким металлом отливку в процессе кристаллизации. При наличии прибыли усадочная раковина образуется не в отливке, а в прибыли.

Литейная форма изготовляется путём уплотнения формовочной смеси по модели. Этот процесс называют формовкой. Изготовление формы, набивку и уплотнение смеси производят в специальных рамках, называемых опоками. Опоки бывают деревянные и металлические. Опоки предохраняют форму от разрушения при её изготовлении, сборке, транспортировке и заливке. Каждая половина модели заформовывается в отдельной опоке. После извлечения модели в нижнюю опоку устанавливается направляющий стержень, а затем на неё - верхняя опока.

Формовка может производиться вручную, на специальных формовочных машинах и на автоматических линиях формовки. На современных машиностроительных предприятиях основным методом изготовления литейных форм является машинная формовка.

Форма заливается при обязательном соблюдении непрерывности струи и полной чаши. Для заливки применяют ручные и механизированные ковши. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливок производят их выбивку из форм, обрубку и очистку.

Отливки выбиваются на специальных вибрационных решётках. Для этого форму ставят на раму решётки. Вследствие вибрации формовочная смесь разрушается и просыпается через ячейки решётки на ленточный транспортёр, который подаётся в землеприготовительное отделение на переработку. Отливки при этом могут оставаться на решётке или проваливаться вниз, где специальным конвейером транспортируются в отделение обрубки и очистки.

Все отливки подвергаются зачистке. С этой целью удаляются литники, выпоры, прибыли, снимаются заусенцы и заливы, заглаживаются линии разъёма.

Большие заливы и остатки литниковой системы зачищаются с помощью обрубки пневматическими зубилами или обрезки на специальных прессах. Малые заливы и остатки питателей удаляются, как правило, на наждаках.

Для удаления с поверхности отливки пригоревшей формовочной смеси и неровностей применяют ручную или механическую очистку отливок. При ручной очистке отливку очищают стальной щёткой и зубилом удаляют неровности. Механическая очистка производится во вращающихся барабанах или в пескоструйных и дробеструйных установках. Очистку мелких отливок осуществляют чаще всего во вращающихся барабанах. С этой целью вместе с деталями загружают “звёздочки” из белого чугуна. При вращении барабана происходит перекатывание и соударение деталей и звёздочек друг о друга , вследствие чего происходит очистка поверхности. Одним из недостатков этого способа очистки является значительный шум при работе барабана. Поэтому барабаны для очистки отливок устанавливают, как правило, в отдельных изолированных помещениях, где работает как можно меньше обслуживающего персонала. После барабанной очистки отливки приобретают достаточно качественный внешний вид. Литьё в песчано-глинистые формы позволяет получать отливки самой разнообразной формы, размеров и массы. Однако этому методу присущ ряд существенных недостатков. Основными из них являются невысокая точность получаемых отливок, низкое качество их поверхности, большой грузооборот формовочных материалов, а также высокая трудоёмкость изготовления отливок, особенно на операциях обрубки и зачистки.

2. Материалы и оборудование

2.1 Способы получения материала

Чугун переделывается в сталь в различных по принципу действия металлургических агрегатах: мартеновских печах, кислородных конвертерах, электрических печах.

Производство стали в мартеновских печах.

Мартеновский процесс (1864--1865, Франция). Впервые после многочисленных попыток удалось получить на поду пламенной печи жидкую сталь, так как до этого таким путем получали сталь в тестообразном состоянии. Мартен применил для сталеплавильной печи принцип регенерации тепла отходящих печных газов для подогрева топлива и воздуха, подаваемого в печь. В период до семидесятых годов ХХ века являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла - стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь (рис. 1) по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов. Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие 9 для выпуска готовой стали.



Рис. 1. Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. Своды выполняют из термостойкого хромомагнезитового кирпича, что позволяет нагревать его до 1800C. Горячий газ подают в печь по центральному каналу, воздух - по двум боковым. Поэтому с обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор - камера, в которой размещена насадка - огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, который предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250C. Через один из регенераторов подают воздух, который, проходя через насадку, нагревается до 1200C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом. На выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.

Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли, направляются во второй регенератор.

Охлаждённые газы покидают печь через дымовую трубу 8.

После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени достигает 1800C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей - до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают мало спекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт - 400…600 плавок.

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:

- скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.

- скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды (15…30 % от массы металлической части шихты). Железную руду добавляют для ускорения окисления примесей чугуна. Процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые - кислым.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой.

В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. Во время загрузки твердых материалов в печь расходуется максимальное количество топлива для обеспечения быстрого прогрева и расплавления шихтовых материалов. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и частично углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется, поэтому шихта должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится до заданного химического состава, из него удаляются газы и неметаллические включения.

Затем проводят раскисление металла в два этапа. Сначала раскисление идет путем окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну раскислителей - ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах шлак кислый и не содержит свободной извести. Следовательно, удаления серы и фосфора в такой печи не происходит, поэтому применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора. Выплавляют качественные стали и высококачественные легированные стали. Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений. Следовательно, кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, её используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

- производительность печи - съём стали с 1м2 площади пода в сутки (т/м2 в сутки), в среднем составляет 10 т/м2;

- расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей увеличивается их экономическая эффективность.

Производство стали в кислородных конвертерах

Кислородно-конвертерный процесс - выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Первые опыты в 1933--1934 - Мозговой.

В промышленных масштабах - в 1952--1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) - получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

Кислородный конвертер - сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом.

Вместимость конвертера - 130…350 т жидкого чугуна. Конвертер крепится в литом стальном кольце, имеющем две цапфы, которыми оно опирается на подшипники двух стоек, поэтому в процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 градусов для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30 %), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит Al2O3 и плавиковый шпат CaF2 для разжижения шлака.

Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рис. 2.

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап (рис. 2, а), заливают чугун при температуре 1250…1400C (рис. 2, б).

литейный конвертер фасонный мартеновский

Рис. 2. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 2, в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через неё подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Фурма не доходит до уровня металла на 1200…1400 мм, поэтому кислород подается на поверхность залитого в конвертер металла, а не вдувается под зеркало металла (как воздух в ранее применяемых конвертерах). Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш, где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак.

Недостатком кислородно-конвертерного способа получения стали является большое пылеобразование, обусловленное обильным окислением и испарением железа.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Производство стали в электропечах

Плавильные электропечи имеют преимущества по сравнению с другими плавильными агрегатами:

а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;

б) можно получать высокую температуру металла,

в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Электропечи используют для выплавки конструкционных, высоколегированных, инструментальных, специальных сплавов и сталей.

Различают дуговые и индукционные электропечи.

Схема дуговой печи показана на рис. 3. Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса имеется рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод для наклона в сторону рабочего окна для скачивания шлака или желоба для слива стали. Печь загружают при снятом своде.

Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн.

Рис. 3. Схема дуговой плавильной печи

В металлургических цехах используют электропечи с основной футеровкой, а в литейных - с кислой.

В основной дуговой печи осуществляется плавка двух видов:

а) на шихте из легированных отходов (методом переплава);

б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).

Плавку на шихте из легированных отходов ведут без окисления примесей. Шихта для такой плавки должна иметь меньше, чем в выплавляемой стали марганца и кремния, а также пониженное содержание фосфора. После расплавления шихты из металла удаляют серу, наводя основной шлак, при необходимости науглероживают и доводят металл до заданного химического состава. Проводят диффузионное раскисление, подавая на шлак измельченные ферросилиций, алюминий, молотый кокс. Так выплавляют легированные стали из отходов машиностроительных заводов.

Плавку на углеродистой шихте применяют для производства конструкционных углеродистых сталей. Плавка проводится в два периода: окислительный и восстановительный.

В печь загружают шихту: стальной лом, чушковый передельный чугун, электродный бой или кокс для науглероживания металлов и известь. Опускают электроды, включают ток. Шихта под действием электродов плавится, металл накапливается в подине печи. Во время плавления шихты кислородом воздуха, оксидами шихты и окалины активно окисляются железо, кремний, фосфор, марганец, частично, углерод. Оксид кальция из извести и оксид железа образуют основной железистый шлак, способствующий удалению фосфора из металла. После нагрева до 1500…1540 0C загружают руду и известь, проводят период «кипения» металла, происходит дальнейшее окисление углерода. Кипение металла ускоряет удаление из него газов, неметаллических включений, способствует удалению фосфора. Периодически шлак удаляют и добавляют руду и известь. Когда содержание углерода становится на 0,1 % меньше заданного, кипение прекращают. После прекращения кипения удаляют шлак.

Во время восстановительного периода плавки металл раскисляют белым шлаком (известь, плавиковый шпат, кокс и ферросилиций) и приступают к удалению серы и раскислению металла до заданного химического состава. Раскисление производят осаждением и диффузионным методом. Для определения химического состава металла берут пробы и при необходимости вводят в печь ферросплавы для получения заданного химического состава. Затем выполняют конечное раскисление алюминием и силикокальцием, и выпускают сталь в ковш.

При выплавке легированных сталей в дуговых печах в сталь вводят легирующие элементы в виде ферросплавов.

В дуговых печах выплавляют высококачественные углеродистые стали - конструкционные, инструментальные, жаростойкие и жаропрочные.

Индукционные тигельные плавильные печи

В индукционных плавильных печах выплавляют наиболее качественные коррозионно-стойкие, жаропрочные и другие стали и сплавы, к которым предъявляются повышенные требования.

Вместимость - от десятков килограммов до 30 тонн.

Индукционные печи могут оснащаться системами для создания вакуума или контролируемых атмосфер.

Так как в индукционных печах тепло возникает в металле, шлак в них нагревается только через металл.

Схема индукционной тигельной печи представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема индукционной тигельной печи

Печь состоит из водоохлаждаемого индуктора 3, внутри которого находится тигель 4 (основные или кислые огнеупорные материалы) с металлической шихтой, через индуктор от генератора высокой частоты проходит однофазный переменный ток повышенной частоты (500…2000 Гц).

При пропускании тока через индуктор в металле 1, находящемся в тигле, индуцируются мощные вихревые токи, что обеспечивает нагрев и плавление металла. Для уменьшения потерь тепла печь имеет съёмный свод 2.

Тигель изготавливают из кислых (кварцит) или основных (магнезитовый порошок) огнеупоров. Для выпуска плавки печь наклоняют в сторону сливного жёлоба.

Под действием электромагнитного поля индуктора при плавке происходит интенсивная циркуляция жидкого металла, что способствует ускорению химических реакций, получению однородного по химическому составу металла, быстрому всплыванию неметаллических включений, выравниванию температуры.

Выплавка стали из чугуна в индукционных печах распространения не получила, так как окисление и рафинирование с помощью шлака в них почти невозможно.

В индукционных печах выплавляют сталь и сплавы из легированных отходов методом переплава, или из чистого шихтового железа и скрапа с добавкой ферросплавов методом сплавления.

После расплавления шихты на поверхность металла загружают шлаковую смесь для уменьшения тепловых потерь металла и уменьшения угара легирующих элементов, защиты его от насыщения газами.

При плавке в кислых печах, после расплавления и удаления плавильного шлака наводят шлак из боя стекла (SiO2). Для окончательного раскисления перед выпуском металла в ковш вводят ферросилиций, ферромарганец и алюминий.

В основных печах раскисление проводят смесью из порошкообразной извести, кокса, ферросилиция, ферромарганца и алюминия.

В основных печах выплавляют высококачественные легированные стали с высоким содержанием марганца, титана, никеля, алюминия, а в печах с кислой футеровкой - конструкционные легированные другими элементами стали.

В печах можно получать стали с незначительным содержанием углерода и безуглеродистые сплавы, так как нет науглероживающей среды.

При вакуумной индукционной плавке, индуктор, тигель, дозатор шихты и изложницы помещают в вакуумные камеры. Получают сплавы высокого качества с малым содержанием газов, неметаллических включений и сплавы, легированные любыми элементами.

2.2 Предмет исследования

Марка: СЧ 18 (Заменители: СЧ20 СЧ25 СЧ30 СЧ35)

Класс: Сталь для отливок обыкновенная

Вид поставки (ГОСТ СЧ 18): ГОСТ 1412-85.

Применение в промышленности: Применяется для изготовления отливок блоков цилиндров в автомобилестроении; оснований станков, салазок, столов в станкостроении; зубчатых колес, рам редукторов, муфт сцепления, паровых цилиндров и других средненагруженных деталей в химическом машиностроении; отливок деталей трубопроводной арматуры и приводных устройств к ней; отливок деталей горно-металлургического оборудования; частей литых соединительных для трубопроводов.

Табл. 1. Химический состав СЧ 18

C	3,2-3,5
Si	2,3-2,6
Mn	0,5-0,8
Ni	0,05-0,1
S	до 0,12
P	0,15-0,60
Cr	0,01-0,02

Свойства и характеристики СЧ 18

Термообработка: Отжиг 500-550, Закалка 850-900C,

Твердость материала: HB 10 -1 = 143 - 241 МПа.

Температура критических точек: Ac1 = 725, Ac3(Acm) = 770, Ar3(Arcm) = 720, Ar1 = 690.

Свариваемость материала: трудносвариваемая. Способ сварки: РДС, необходимы подогрев и последующая термообработка.

Флокеночувствительность: не чувствительна.

Склонность к отпускной хрупкости: не склонна.

Обрабатываемость резанием: в отожженном состоянии при HB 200 К х тв. спл=1,1 и Кх б.ст=0,7.

Температура начала затвердевания, °С: 1480-1490.

Показатель трещиноустойчивости, Кт.у.: 0,8.

Склонность к образованию усадочных раковин, Ку.р.: 1,2.

Жидкотекучесть, Кж.т.: 1,0.

Линейная усадка, %: 2.2 - 2.3.

Склонность к образованию усадочной пористости, Ку.п. 1,0.

3. Технический процесс получения отливки

1. Для разработки чертежа отливки принимаем вертикальное положение отливки. Модель отливки должна быть разъёмной, так как имеются цилиндрические элементы. Плоскость разъёма делит модель на две части 16.5 мм и 54 мм высотой.

2. Принимаем класс точности - 7, ряд припусков - 3. На обрабатываемые поверхности назначаем допуски размеров отливки и припуски на механическую обработку в соответствии с таблицами ГОСТ 26645-85. Данные сводим в следующую таблицу:

Табл. 2

Размер элемента отливки	Допуск размера	Припуск на обработку
Высота 40	0,9	2-2,8 = 2,5
Ш32	0,9	2-2,8 = 2,5
Ш152	0,9	2-2,8 = 2,5

Отверстие Ш32 отливается и в отливке с учетом припусков на обработку имеет размер 32-(2*2.5) = 27 мм.

Цилиндр Ш152 отливается и в отливке с учетом припусков на обработку имеет размер 152+(2*2.5) = 157 мм.

Паз глубиной 8 мм не отливается, назначается напуск.

4. Назначенные величины припусков наносим в масштабе на копию чертежа детали тонкой линией.

5. На вертикальных поверхностях предусматриваем формовочный уклон для деревянной модели, равный 1,5 градусам, сверх припусков на обработку.

6. Согласно ГОСТ 3606-80 стержень - 27 мм и длиной 70,5 мм имеет знаки по 30 мм.

7. Сечения элементов литниковой системы при массе отливки до 10 кг и высоте стояка до 150-200 мм равны: Fп = 1,0 см2 = 100 мм2, Fшл = 1,15 см2 = 115 мм2, Fшл = 1,25 см2 = 125 мм2. Без учета формовочных уклонов размеры сечения будут: питатель 10 Ч 10 мм; щлакоуловитель 11,5 Ч 10 мм; стояк - 11,2 мм.

8. Определяем размеры опок:

- по высоте - 70.5/2+40 = 35.25+40 = 75.25 принимаем 75;

- по ширине - 157+2*30=157+60=217, принимаем 250;

- по длине - 157+2*30=157+60=217, принимаем 300.

Таким образом, опоки имеют размеры: 75 Ч 250 Ч 300 мм.

9. По размерам, полученным при разработке чертежа отливки, выполняем чертежи отливки, выполняем чертежи модели, стержня, стержневого ящика и даем эскиз собранной литейной формы в разрезе. Принимаем материал модели и стержневого ящика - дерево. Состав стержневой смеси:

- песок 1КО16 - 96-97%;

- глина формовочная 3-4%;

- сульфит-барда 4,3%;

- связующее СБ (КО) 9,5%.

Состав формовочной единой смеси: песок КО16 А - 6,5-8,0%; оборотная смесь 90-97%; сульфит-барда 1,5-2,0%.

Табл. 3. Карта технологического процесса изготовления отливки

№	Наименование операции и содержание переходов	Приспособление, инструмент
I.	Формовать нижнюю полуформу
I.1.	Установить на подмодельную плиту нижнюю половину модели, модель питателя, опоку	Плита, модель отливки питателя, опока
I.2.	Заполнить опоку формовочной смесью, уплотнить, срезать излишки смеси, наколоть вентиляционные каналы	Лопата, трамбовка, линейка, душник, модели шлакоуловителя, стояка выпора, опока
II.	Формовать верхнюю полуформу
II.1	Перевернуть опоку, установить вторую половину модели шлакоуловителя, стоячка, выпора и опоку	Лопата, трамбовка, линейка, душник
II.2	Присыпать разъём опоки разделительной смесью, уплотнить, срезать излишки смеси, наколоть вентиляционные каналы. Извлечь модель стояка и выпора
II.3	Снять и перевернуть верхнюю опоку, извлечь модели отливки, шлакоуловителя, питателя
III	Установить стержень и собрать литейную форму
IV	Залить через стояк расплавленный металл	Стержень, ковш с металлом
V	После охлаждения металла выбить отливку, очистить её, отрубить литниковую систему и заливы	Виброрешетка, кузнечное зубило, пневмомолоток
VI	Контроль качества отливки
VII	Термическая обработка

Размещено на Allbest.ru

...