Литейное производство

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

РАЗДЕЛ III. Литейное производство

Является одним из самых распространённых способов изготовления разнообразных металлических деталей весом от нескольких граммов до нескольких сот тонн.

Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии, строительстве. Литьё в среднем составляет примерно половину массы машин и механизмов, поэтому литейное производство считается основной заготовительной базой машиностроения. Литые детали стоят значительно дешевле деталей, изготовленных другими способами, причём отливки могут быть сложной конфигурации из любых сплавов.

Современная техника предъявляет к отливкам разнообразные требования: высокие механические и рабочие свойства, жаростойкость, жаропрочность, антикоррозионные и антифрикционные свойства.

В отечественном машиностроении 74% всех отливок изготовляют из серого чугуна, 21% - из стали, 3% - из ковкого чугуна, 2% - из цветных сплавов (алюминиевых, медных и др.).

При выборе отливок нужно учитывать их стоимость. Если принять среднюю стоимость отливок из серого чугуна за 100%, то стоимость отливок из ковкого чугуна будет - 130%, из стали - 160%, из цветных сплавов - 300…600%.

Сущность производства литых изделий заключается в изготовлении формы, которую заполняют жидким металлом. После затвердевания металл принимает очертания и размеры формы и называется отливкой.

Технологический процесс получения отливок состоит из большого числа отдельных процессов:

изготовление модели,

приготовление формовочных и стержневых смесей,

изготовление стержней и литейных форм,

сборка литейных форм,

расплавление металла,

заливка металла в формы и затвердевание отливки,

освобождение затвердевшей отливки из формы,

обрубка и очистка литья,

контроль качества отливки.

Глава I. Изготовление литейных форм

§ 1. Основные положения по конструированию литых деталей

При конструировании машин конструктор должен выбрать конфигурацию детали, рассчитать нагрузки, воспринимаемые узлами детали, с учётом условий работы машины, выбрать соответственно этому материал, толщину стенок и размеры деталей, а также предусмотреть их технологию изготовления.

При этом конструктор должен создать наиболее легко изготавливаемую т. е. технологичную, конструкцию деталей.

При конструировании литой детали учитывают свойства металла, технологию изготовления модели, формы и стержня, сборку форм, очистку и обрубку литья. Для условий массового производства должны учитываться также возможности механизации и автоматизации производства.

§ 2. Литейные сплавы и их свойства

Литейные сплавы, кроме заданных прочностных и физико-химических свойств, должны обладать целым комплексом технологических литейных свойств, характеризующих пригодность их для заполнения литейных форм и позволяющих получать качественные отливки.

К литейным свойствам жидкого металла относят: температуру плавления, жидкотекучесть, усадку и ликвацию.

При невысокой температуре плавления сплав легко расплавить и перегреть до температуры, требуемой для лучшего заполнения формы. Перегревом наз. разницу в температурах плавления сплава и заливки его в форму. Чем выше температура перегрева сплава, тем лучше его жидкотекучесть, а значит и заполнение формы. Однако высокий перегрев ведёт к поглощению значительного количества газов (окиси углерода, кислорода, водорода, азота и др.), что понижает литейные свойства сплава.

Жидкотекучесть - способность расплава заполнять и точно воспроизводить полость литейной формы. На жидкотекучесть влияют многие факторы:

температура плавления;

физическая природа и хим. состав сплава;

технология изготовления формы;

продолжительность заливки;

конструкция литниковой системы;

наличие неметаллических примесей в металле.

Усадка - свойство металлов и сплавов при затвердевании уменьшаться в объёме. Величина усадки зависит от рода сплава, его хим. состава, температуры и способа заливки, скорости охлаждения, формы отливки и др. факторов.

Усадка приводит к образованию в отливке усадочных раковин, пористости, которые образуются в наиболее массивных частях отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Усадочные раковины выводятся в прибыльную часть отливки и затем отрезаются.

Усадка в отливке вызывает внутренние напряжения, которые деформируют и даже разрушают отливку.

Литейные напряжения могут вызываться в отливке тепловыми явлениями, которые возникают вследствие различной скорости охлаждения толстых и тонких частей отливки.

Правильной конструкции модели и формы, регулированием охлаждения, соблюдением технологических режимов уменьшают и даже устраняют внутренние напряжения в отливке.

§ 3. Модельный комплект и принципы его изготовления

Одной из важнейших операций в технологическом процессе литейного производства является изготовление литейных форм и стержней.

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект, состоящий из моделей, стержневых ящиков, модельных плит и др. приспособлений.

Конструкция модели должна обеспечить извлечение её из формы. Поверхность модели должна быть гладкой, чистой, чтобы при выемке её из формы она легко отделялась от формовочной смеси. Модель должна быть прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси.

При изготовлении моделей и стержневых ящиков учитывают технологию формовки и изготовления стержней, литейные свойства металла и последующую механическую обработку детали.

По чертежу детали изготовляют модель и стержневой ящик.

Предварительно все размеры детали по чертежу увеличивают на величину литейной усадки сплава, из которого изготовляют отливку. Для этого в модельных цехах есть специальные линейки с учётом усадки. Для чугунного и цветного литья усадка составляет 1 - 2%, для стального - 1,5 - 2%.

Чертёж отливки делается по чертежу детали, на который наносят:

припуск на мех. обработку;

технологический припуск;

технологические указания на изготовление отливки;

другие специальные требования к отливке.

Припуск на мех. обработку - дополнительный слой металла на сторону, который удаляют при мех. обработке для получения заданной точности и качества поверхности детали.

Припуск задаётся ГОСТом и составляет для чугуна 0,7 - 5 мм, для алюминия - 0,7 - 2 мм.

На чертеже припуск штрихуют или обводят красным карандашом.

Технологический припуск - упрощает и облегчает процесс изготовления отливки. К нему относятся:

литейные уклоны - для удобства извлечения модели из формы без разрушения и свободного удаления стержня из ящика (1є…3є, 1…8 мм);

напуски - для упрощения изготовления, напр. отверстия малых диаметров которые можно просверлить;

приливы - для удобства крепления детали при мех. обработке или транспортировке, удаляются при мех. обработке;

рёбра и стяжки - для предохранения отливки от коробления при остывании или термообработке. Удаляют при мех. обработке.

галтели - закругления внутреннего угла для плавного перехода сопрягаемых стенок. Предотвращают концентрацию напряжений, образование трещин в углах, уменьшение осыпания формовочной смеси при извлечении модели. По ГОСТу радиусы галтелей от 1 до 40 мм в зависимости от толщины сопрягаемых стенок

, мм

К технологическим указаниям относятся:

линия разъёма модели с учётом низа и верха по расположению её в форме

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

точность и шероховатость поверхности отливки;

линия разъёма стержня;

место подвода питателя.

Их выполняют цветным карандашом. Стержни устанавливают в специальные гнёзда и закрепляют замками для предотвращения смещения при давлении заливаемого металла. На чертеже стержни штрихуют по контуру и нумеруют в той последовательности в какой устанавливают в форме.

Материалом для моделей и стержневых ящиков в индивидуальном и мелкосерийном производстве в большинстве случаев является древесина, иногда гипс и цемент, в массовом производстве - алюминиевые сплавы и пластмассы.

Деревянные изготавливают из сравнительно сухого (до 10% влаги) плотного материала во избежание коробления и поводки их от потери собственной влаги.

Деревянные модели разделяют на 3 класса. Модели 1 класса изготавливают из бука, ореха и применяют для ручной и машинной формовки.

Для получения небольшого количества отливок используют модели 2 класса - из берёзы и липы и модели 3 класса - из сосны и ели.

Для того, чтобы они не впитывали влагу из формовочной смеси и окружающего воздуха, модели покрывают специальным лаком. Модели окрашивают и лакируют в определённые цвета. Поверхности моделей, которые соответствуют поверхностям отливок, не подвергающимся механической обработке, окрашивают в синий цвет - для стального литья, в красный для чугунного и в желтый - для цветного. Если отливки подвергаются механической обработке, то основной фон соответствующих поверхностей моделей покрывают чёрными круглыми точками. Отъёмные части моделей окантовывают чёрной полосой, стержневые знаки на моделях окрашивают в чёрный цвет.

Преимущества деревянных моделей - лёгкая обрабатываемость и дешевизна, а недостатки - деформируемость и склонность к растрескиванию.

Для металлических моделей применяют чугун, бронзу, латунь, алюминий и его сплавы. Стоимость металлических моделей значительно выше деревянных, но она служит во много раз дольше (по ней можно изготовить до нескольких десятков тысяч форм), кроме того металлические модели обеспечивают получение отливок с более точными размерами.

Для создания земляной формы применяют опоки. Опоки предназначены для удержания песчаной смеси, придания земляной форме достаточной жесткости и прочности при изготовлении, транспортировке и заливке металлом. Опоки изготавливают из стали, чугуна, сплавов алюминия. В зависимости от размеров и очертания отливок опоки имеют круглую, квадратную и прямоугольную форму.

Для изготовления земляных форм и песчаных стержней применяют формовочные инструменты, которые можно разделить на 3 группы:

инструменты используемые для наполнения и упрочнения формовочной смеси в опоке (лопаты, ручные и пневматические трамбовки);

инструменты предназначенные для извлечения модели из земляной формы (крючки, подъёмы и др.);

инструменты для отделки поверхности формы, исправления повреждений, прорезания литниковых каналов (гладилки, ложечки, пульверизаторы).

§ 4. Формовочные и стержневые материалы

Формовочные смеси применяют для изготовления форм, а стержневые смеси - для изготовления стержней.

Они состоят из песка, глины и различных добавок.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, газопроницаемостью, прочностью, противопригарностью и податливостью.

Пластичностью наз. способность смесей деформироваться под действием внешних нагрузок без нарушения целостности и сохранять приданную им форму после снятия нагрузки. Эти свойства необходимы для получения в форме отчётливого отпечатка модели. Пластичность возрастает при увеличении содержания в ней воды до 3…5%, глины и связующих материалов, а также песка с мелким зерном.

Газопроницаемостью наз. способность смесей пропускать газы вследствие своей пористости. Из формовочных материалов во время заливки формы сплавом выделяется большое количество газов. Если газопроницаемость недостаточна, то газы попадают в металл, образуя газовые раковины. Чем крупнее и однороднее по размерам зёрна песка, чем меньше в смеси глины, тем выше газопроницаемость смеси. Газопроницаемость измеряется в условных единицах и бывает от 30 до 150 единиц.

Прочностью наз. способность смеси выдерживать внешние нагрузки без разрушения. Это свойство необходимо для того, чтобы форма не деформировалась и не разрушалась при транспортировке и при воздействии на неё давления жидкого металла. Прочность возрастает при увеличении содержания в них глины, связующих материалов и песка с мелкими угловатыми зёрнами. Увеличение содержания воды до 3…5% повышает прочность смеси, при дальнейшем повышении влажности прочность снижается.

Противопригарностью наз. способность смесей не сплавляться и не спекаться с расплавленным металлом. Формовочные смеси иногда пригорают к отливке и образуют на поверхности сплошную кожу из смеси окиси металла и песка, которая сильно затрудняет мех. обработку. Противопригарность повышается при увеличении в ней чистого кварцевого песка и снижается при наличии известняка.

В качестве противопригарной добавки к формовочной смеси, предназначенной для чугунного литья, служит каменноугольная пыль, для бронзового литья - мазут. Эти добавки, сгорая во время заливки металла, выделяют газы, которые образуют восстановительную среду и этим препятствуют образованию окислов и предохраняют отливку от пригорания формовочной смеси.

Податливостью наз. способность смесей сжиматься под действием внешних сил. Это необходимо для того, чтобы форма или стержень не препятствовали усадке при затвердевании отливки. При недостаточной податливости материала формы в остывающей отливке возникают внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин. Хорошей податливостью обладает кварцевый песок. Глина, располагаясь в промежутках между зёрнами песка, ухудшает податливость.

Состав и свойства формовочных материалов, применяемых для приготовления смесей, играет большую роль в получении качественных отливок.

Основными материалами для изготовления формовочных смесей являются: бывшая в употреблении формовочная смесь (горелая) и свежие добавки - песок, глина, вода, и специальные присадки.

Формовочные смеси по способу применения подразделяются на: облицовочные, наполнительные и единые. Лицевой слой формы, непосредственно соприкасающийся с жидким металлом, делают из смеси большой прочности и приготавливают более тщательно. Такая смесь наз. облицовочной. Основную часть формы делают из др. смеси - менее высококачественной и более дешевой. Эта смесь наз. наполнительной.

При массовом производстве формы обычно изготавливают из однородной смеси, наз. единой.

Основной составляющей частью формовочной смеси является кварцевый песок, зёрна которого должны быть различной величины и формы, обладать высокой огнеупорностью, не оплавляться и незначительно разрушаться при воздействии жидкого металла. Кварцевый песок всегда загрязнен некоторыми примесями (окисью железа, щелочных и др. металлов и глинистыми составляющими), которые снижают его огнеупорность. Кварцевые пески в зависимости от содержания глинистых веществ разделяют на несколько классов:

кварцевые К (до 2% глины)

тощие Т (от 2 до 10% глины)

полужирные П (от 10 до 20% глины)

жирные Ж (от 20 до 30% глины)

очень жирные ОЖ (от 30 до 50% глины).

Формовочные глины, содержащие мелкодисперсные минеральные частички в количестве более 50% являются связующим веществом. Они придают формовочным смесям пластичность во влажном состоянии и повышенную прочность и газопроницаемость - в сухом. Особо ценным является мелкодисперсная глина - бентонит, обладающая большой связующей способностью и хорошими физико-механическими свойствами.

В формовочные и стержневые смеси для увеличения газопроницаемости и пластичности добавляют опилки, каменноугольную пыль; в качестве связующих материалов - льняное масло, олифу, канифоль и др. вещества.

§ 5. Подготовка формовочных и стержневых материалов и смесей

Литейные цехи потребляют большое количество формовочных и стержневых смесей. На 1 т годного литья расходуется 5 - 12 т формовочной смеси. Поэтому в каждом литейном цехе есть отделение для приготовления формовочных и стержневых материалов и смесей на механизированных и автоматизированных установках.

Свежие материалы сушат, размельчают или разминают, и просеивают. Затем их смешивают в однородную массу. Чем равномернее распределяются между зернами песка глинистые добавки, влага и др. составные части, тем выше основные качества смеси.

Формовочные смеси по видам формовки различают: смеси для сырых форм и смеси для сухих форм.

При приготовлении сухих форм всегда применяют облицовочную смесь, а при изготовлении сырых форм часто используют единую.

Сырые формы делают из формовочных смесей, содержащих малое количество глины.

Сухие формы изготовляют из формовочных смесей, содержащих большое количество глины, иногда в эти смеси добавляют органические вещества, которые в период сушки выгорают и тем способствуют увеличению газопроницаемости формы.

Крупные формы для отливок массового производства, а также стержни некоторых видов изготавливаются из глины или из формовочных масс с очень большим содержанием глинистых веществ.

Чугунные отливки изготовляют в сырых и сухих формах. Для экономии в смесях используют до 90% отработанной смеси. А затем добавляют 10…50% свежего песка и глины и 2…8% молотого каменного угля. Чем больше масса отливки, тем больше добавляют свежих материалов в формовочную смесь.

Стальные фасонные отливки массой до 300 кг можно отливать в сырые формы, а отливки большей массы в сухие. Формовочные смеси в таком случае приготовляют из высокоогнеупорных материалов: чистого кварцевого песка, огнеупорной глины, хромистого железняка и др.

Формовочные смеси для цветного литья содержат значительное количество глины и состоят из более мелкозернистых песков, обеспечивающих отливкам гладкую поверхность.

Температура плавления цветных сплавов значительно ниже, чем, чёрных, поэтому смесь может иметь меньшую огнеупорность и газопроницаемость.

Для медных сплавов в смесь добавляют мазут, для магниевых - борную кислоту, серу и фтористые присадки.

Стержневые смеси могут быть песчано-масляные и песчано-глинистые. Стержни во время заливки формы металлом находятся в менее благоприятных условиях, чем форма. В большинстве случаев стержни почти со всех сторон окружены расплавленным металлом. Поэтому материал стержней должен обладать большой огнеупорностью, газопроницаемостью, прочностью, податливостью, не должен быть гигроскопичным. Поэтому в качестве связующих материалов применяют крепители, которые делятся на три группы:

к I группе относятся: льняное масло и заменители масла, поливиниловый спирт и др. В основу этих крепителей входят одна или несколько составляющих - сланцевая смола, сульфитная барда и др.

ко II группе относятся: сульфитно-спиртовая барда (отходы спиртового производства), сульфитный щелок (отходы бумажного производства), декстрин (продукт переработки крахмала)

к III группе относятся: канифоль (остатки при переработке смолы хвойных пород), торфяной или древесный пек (отходы при извлечении фенолов из смол).

Стержни после просушивания имеют прочность на разрыв от 1 до 10 кг/см2 и газопроницаемость от 70 до 130 единиц.

Для приготовления формовочных смесей в смесеприготовительных отделениях используют полуавтоматические и автоматические установки.

После заливки металла в формы и охлаждения отливок формы с конвейера подаются на выбивные решётки, где отработанная формовочная смесь выбивается из опоки и попадает на расположенный под полом транспортёр. Этот транспортёр сбрасывает смесь на вибрационное сито, с помощью которого из смеси удаляются куски стержней. Прошедшая через сито формовочная смесь попадает на наклонный ленточный транспортёр, доставляющий её в смесеприготовительное отделение. На конце ленточного транспортёра поставлен магнитный шкив, при помощи которого из отработанной смеси отделяются металлические части, попавшие в смесь во время заливки формы, и очищенная смесь ссыпается на распределительную ленту и в бункера. Из бункеров отработанная смесь при помощи дозаторов засыпается порциями в смешивающие бегуны. В бегуны также засыпают свежие формовочные материалы и заливают воду, после чего смесь перемешивают.

Из бегунов формовочная смесь наклонным ленточным транспортёром подаётся в разрыхлитель, находящийся над отстойным бункером. Затем после прохождения отстойного бункера смесь через питатель и транспортёр подается во второй разрыхлитель и дальше системой ленточных транспортёров, распределяется по расходным бункерам, расположенным над формовочными машинами. Чтобы высыпать формовочную смесь из бункера в опоку, нажимают на рычаг затвора в нижней части бункеров.

Глава II. Технология изготовления литейных форм и стержней

§ 1. Классификация способов изготовления литейных форм

Литейные формы изготавливают следующими способами:

вручную в почве (применяют в индивидуальном производстве, преимущественно для крупных отливок);

вручную в опоках (применяют в индивидуальном и мелкосерийном производстве для мелких средних и частично крупных отливок);

машинным (применяют в массовом производстве для мелких и средних отливок).

§ 2.Ручная формовка литейных форм

В зависимости от внешнего очертания, размеров и сложности отливок применяют различные способы ручной формовки:

в двух опоках по неразъёмной модели;

в двух опоках по разъёмной модели;

в нескольких опоках по модели с отъёмными частями;

без опочный в почве;

в почве с верхней опокой;

по шаблону.

Формовка в двух опоках по неразъёмной модели.

Модель устанавливают на подмодельную доску и припудривают пылью. Затем через сито её покрывают облицовочной формовочной смесью слоем 20…30 см. Этот слой уплотняют, после чего в опоку засыпают наполнительную формовочную смесь и утрамбовывают её до определённой плотности с помощью ручной или пневматической трамбовки. Излишек смеси удаляют линейкой, а формовочную смесь в нижней полуформе накалывают для образования вентиляционных каналов для отвода газов. Этим заканчивается подготовка нижней полуформы. Затем она переворачивается и сверху ставится верхняя опока. Её фиксируют штырями, которые вставляют в отверстия приливов, припыливают мелким разделительным песком и заглаживают поверхность нижней полуформы. Для образования литника и выпора в верхнюю часть формы устанавливают отдельные модели. Верхнюю опоку наполняют облицовочной и наполнительной формовочной смесью так же, как и нижнюю. Когда набивка верхней опоки закончена, снимают верхнюю полуформу, прорезают в нижней опоке литниковый канал, заглаживают полости разъёма формы, осторожно с помощью крючка извлекают из нижней полуформы модель, затем устанавливают верхнюю опоку, из которой также удалены модели, и скрепляют обе опоки.

Формовка в двух опоках по разъёмной модели.

После изготовления нижней полуформы опоку с моделью поворачивают, устанавливают на подмодельную доску. Верхнюю часть модели устанавливают на нижнюю, вставляют модели выпора, устанавливают верхнюю опоку на нижнюю и изготавливают верхнюю полуформу. Затем прорезают литниковую чашу, снимают верхнюю опоку, удаляют модели, вставляют стержень и собирают форму под заливку.

Для деталей простой конфигурации (плиты, колосники, подкладки), у которых верхняя поверхность плоская, применяют открытую почвенную формовку. При этой формовке верх изготовленной в почве формы остаётся открытым. Иногда применяют закрытую почвенную формовку, при этом различают 2 способа:

всю модель формуют в почве, а верх покрывают набитой опокой;

нижнюю половину модели формуют в почве, а верхнюю - в опоке.

Формовку по шаблону осуществляют также в почве при помощи профилированных досок - шаблонов в тех случаях, когда требуется отлить детали больших размеров, имеющих форму тел вращения (цилиндры, чаши и др.). Формовка по шаблону примерно в 2 раза дешевле, чем формовка по моделям.

§ 3. Машинная формовка литейных форм

Машинная формовка позволяет резко увеличить производительность труда, сократить площади литейных цехов, получать более точные отливки, уменьшить брак и значительно повысить культуру труда.

При машинной формовке большое значение приобретает модельная оснастка. Обычно машинную формовку производят по металлическим моделям, установленным на модельные плиты, которые делают универсальными.

Основные типы формовочных машин:

ручные формовочные станки, механизирующие только операции удаления моделей из формы. Их применяют для изготовления небольших форм;

прессовые формовочные машины с верхним и нижним прессованием; механизирующие процесс уплотнения формовочной смеси при помощи гидравлического или пневматического механизма;

встряхивающие формовочные машины, уплотняющие формовочную смесь;

пескометные формовочные машины. Наполняющие и уплотняющие формовочную смесь, служащие для изготовления больших форм и крупных стержней.

§ 4. Изготовление стержней

Изготовление песчано-масляного стержня состоит из следующих операций:

формовки сырого стержня;

сушки;

отделки и окраски сухого стержня.

Если стержень изготавливают из двух или нескольких частей, то после сушки их склеивают. Для создания необходимой прочности в стержне заформовывают арматурные каркасы, изготовленные из стальной проволоки или литого чугуна.

Для вентилирования стержня создаются искусственные вентиляционные каналы. Такие каналы получают накалыванием стержня иглой; заформовыванием железных прутков, различных шнуров, восковых стержней (для криволинейных каналов), которые затем извлекают или выплавляют во время сушки.

Изготовление простого стержня цилиндрической формы ручным способом производится в стержневых деревянных или металлических ящиках.

Машинное изготовление стержней осуществляется на стержневых машинах: мундштучных, встряхивающих, пескодувных и пескострельных.

§ 5. Сушка форм и стержней

Значительное количество форм и почти все стержни подвергаются сушке для увеличения газопроницаемости и прочности. При этом из форм и стержней удаляется влага, частично или полностью выгорают органические примеси, окисляются различные связующие.

Температура и продолжительность сушки зависит от размера форм и стержней, массы и хим. состава материалов.

Оптимальная температура для сушки форм для чугунного и цветного литья - 350…400єС, для стального - 400…450єС.

Стержни в которых в качестве крепителей применены декстрин и сульфитная барда, сушат при 160…180єС, стержни на масле - при 200…220єС, на глине - при 300…350єС.

Сушильные печи для форм и стержней могут быть непрерывного действия, стационарные и переносные. В настоящее время применяют сушку инфракрасными лучами.

Прогрессивным способом является изготовление стержней и литейных форм из быстросохнущих смесей на жидком стекле. Сушка или химическое твердение их достигается продувкой углекислым газом.

§ 6. Литниковая система.

Жидкий металл поступает в полость формы через литниковую систему, которая должна обеспечивать непрерывную, равномерную и спокойную подачу жидкого металла в форму, а также питание отливки жидким металлом во время затвердевания и усадки.

Вместе с тем литниковая система должна задерживать попадающие в форму шлак, песок и др. неметаллические включения, предотвращать разрушение формы от действия струи металла.

Структура литниковой системы зависит от физических свойств заливаемого в форму металла. Она обычно состоит из следующих элементов: литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, и питателей 4.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис. Литниковая система.

Литниковая чаша служит для уменьшения удара струи металла и отделения шлака, для чего в чашу часто вставляют сетку. Стояк располагается вертикально и имеет форму усечённого конуса с сужением книзу. Шлакоуловители служат для улавливания шлака, их формуют в верхней опоке. Питатели, подводящие металл в полость формы, выполняют в виде щели. Количество питателей и их расположение зависят от конфигурации отливаемых деталей.

Для стальных деталей, кроме перечисленных элементов, литниковая система имеет выпоры и прибыли. Выпор предусматривают для удаления газа из формы, а прибыль - для предупреждения усадочных раковин.

Обеспечивая получение качественной отливки, литниковая система в то же время должна иметь наименьший объём, занимать мало места на модельной плите и не осложнять процесса формовки.

Размеры литниковой системы определяют по площади поперечного сечения питателей, через которые металл непосредственно поступает в форму.

Продолжительность заполнения формы зависит от сечения питателей и определяется по эмпирической формуле:

,сек где

- толщина стенок отливки, см

- масса отливки, кг.

На размеры сечения питателей влияют толщина стенки, очертания, габариты и масса отливки. Для крупных отливок, сечение питателей должно быть больше, чем для мелких. Каналы не должны быть слишком длинными. Во время заливки металл густеет, теряет текучесть, что приводит к браку по недоливу, спаям и заворотам на отливке. Большое сечение каналов литниковой системы приводит не только к перерасходу металла, но и к обвалу формы, особенно в верхней части.

Суммарное сечение питателей можно определить по формуле:

, где

- масса жидкого металла, протекающая через литниковую систему;

- время заливки;

- удельная скорость заливки, определяемая опытным путём.

Размеры остальных элементов литниковой системы рассчитываются в зависимости от размеров питателей. Например, для среднего и крупного литья можно применить соотношение:

Глава III. Заливка форм, выбивка и очистка литья

§ 1. Заливка форм металлом

Металл, выплавленный в печах, сначала выпускают в разливочный ковш, из которого его затем разливают по формам.

Перед заполнением металлом ковши хорошо просушивают и разогревают до температуры 700…800єС, иначе металл быстро охлаждается, насыщается газами. Перед заливкой в формы металл необходимо выдержать в ковше и дать возможность выделиться из него газам, всплыть шлакам и неметаллическим включениям.

Заливка литейных форм является заключительной и очень ответственной операцией. На качество отливок оказывают очень заметное влияние температура заливаемого металла, которую выбирают в зависимости от природы металла, величины и конструкции формы, толщины отливки и ряда других факторов. Так тонкостенные детали надо отливать при более высокой температуре металла, чем толстостенные. Во время заливки нельзя прерывать струю металла, литниковая чаша должна быть всегда полной.

§ 2. Выбивка опок

Форма после заливки её жидким металлом в течении некоторого времени остывает. При этом происходит кристаллизация металла, после чего форма поступает на выбивку. При выбивке опока освобождается от отливки, отработанной формовочной смеси, каркасов, стержней, и др. Это очень трудоёмкая, тяжёлая и вредная для здоровья человека операция, т. к. при этом выделяется значительное количество тепла и пыли.

Для выбивки стержней часто используют перфораторы.

Эффективно применение для выбивки пневматического и гидравлического оборудования. Например, гидравлическая очистка производится в специальных камерах, куда подаётся струя воды, очищающая отливку. В литейных цехах применяют также полуавтоматические и автоматические установки для выбивки опок.

§ 3. Очистка и обрубка литья

Отливку, освобождают от стержней и формовочной смеси, очищают от пригоревшей земли, литников, плен, заливов и др. шероховатостей. Все эти операции производят в обрубном отделении. Операции обрезки и обрубки прибылей, выпоров и литников, а также очистки отливок выполняют разными способами: механической обработкой, огневой, газовой и электродуговой резкой. литье сплав стержневой форма

Очистку отливок производят следующими способами:

Дробеструйной или дробеметной обработкой. Очистку производят в барабанах, на столах или в камерах непрерывного или периодического действия. Струю чугунной или стальной дроби направляют на поверхность отливки с большой скоростью.

Ударным действием гидравлической или пескогидравлической струи. На поверхность отливки направляют струю воды или смесь воды с песком под давлением 35 кг/см2.

Электроконтактным методом, который основан на воздействии теплового эффекта электротока на отливку.

В ваннах с расплавленной или растворенной солью. Отливки помещают в корзины, которые при движении конвейера опускаются в ванну. Под действием соли пригоревшая формовочная смесь отстает от отливки.

В растворах жидкостей ультразвуковым методом. Отливки погружают в жидкость, которую приводят в колебательное движение с частотой, превышающей частоту звуковых колебаний.

Абразивным инструментом на станках или непрерывной лентой.

После очистки готовые отливки подвергают контролю. Их контролируют с целью обнаружения дефектов, проверяют основные размеры отливок, соответствие их техническим условиям.

ГОСТом предусмотрено 22 вида дефектов литья, которые могут возникать по следующим причинам: несоблюдение технологии, ошибки при конструировании детали и ошибки при проектировании технологического процесса получения отливки.

Незначительные дефекты в неответственных местах отливок исправляют.

Глава IV. Производство отливок из чугуна

литье сплав стержневой форма чугун

Чугунное литьё получило широкое распространение в строительной технике (колонны, котлы, радиаторы, ванны, трубы), в металлургической (изложницы, поддоны, прокатные валки), в химической (аппараты и др.) промышленности.

Применение высококачественных чугунов позволило производить из чугунного литья такие детали, как коленчатые валы автомобилей, тракторов, тепловозов.

§ 1. Особенности изготовления форм для чугунного литья и заливка их металлом.

Чугун обладает хорошими литейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой и более низкой, чем у стали, температурой плавления.

Эти свойства чугуна учитывают при изготовлении формы.

К особенностям формовки относится расположение литниковой системы. В зависимости от конструкции отливки применяют литниковую систему с подводом металла через один питатель, через несколько питателей, через сифонный литник, через дождевой литник, а также боковой, щелевидный и клиновой литники.

Для сложных и больших отливок применяют разветвлённую литниковую систему.

Прибыли в чугунном литье применяют только для крупных толстостенных отливок.

Заливку сплава осуществляют с помощью ковшей, которые перевозят мостовыми кранами.

Закрытые формы при заливке подвергаются давлению жидкого металла, которое стремится приподнять верхнюю опоку. При этом образуется щель, через которую может вылиться металл, поэтому верхнюю опоку скрепляют с нижней или ставят на неё груз.

Применяют следующие температуры заливки: для крупного неответственного литья - 1220єС, для толстостенного - 1260єС, среднего машиностроительного - 1320єС, для ответственного и тонкостенного - 1350…1400єС.

§ 2. Плавка чугуна

Наиболее распространённым плавильным агрегатом для получения жидкого чугуна в литейных цехах является вагранка. Это печь шахтного типа, топливом в которой служит кокс. Вагранка обеспечивает расплавление и достаточный перегрев жидкого чугуна требуемого хим. состава при минимальном угаре и экономном расходе топлива.

Шихтой для чугунного литья служат доменные чугуны 20…40%, ферросплавы, природно-легированные чугуны, чугунный и стальной лом до 40%, отходы собственного производства (брак, литники) - 40…60%.

Флюсом служит известняк, доломит, плавиковый шпат, мартеновский шлак.

При плавке чугуна в вагранке Si выгорает 10…15%; Mn - 15…20%; Cr - 20…30%; количество S увеличивается на 40…50%, т. к. сера частично переходит из топлива в металл.

Устройство вагранки.

Вагранка представляет собой шахтную печь, выложенную шамотным кирпичём. Снаружи вагранка имеет металлический кожух, клёпанный или сварной из листовой стали толщиной 8…20 мм. Вагранка опирается на фундамент и на чугунные колонны. Шахта вагранки опирается на массивную чугунную или стальную плиту с крышкой, которая закрывается перед началом работы и открывается в конце плавки.

В верхней части шахты расположено загрузочное окно, через которое в вагранку регулярно загружают определённые порции шихтовых материалов при помощи бадьи, в течении всей плавки.

Часть вагранки, расположенную выше загрузочного окна, наз. трубой. На верхней части трубы устанавливают искроуловитель для улавливания раскалённых частиц топлива, которые выносятся из вагранки потоком газов.

В нижней части шахты находится лещадь, которую набивают смесью из песка и формовочной земли с наклоном в сторону лётки для выпуска жидкого чугуна.

Воздух, нагнетаемый вентилятором, поступает через воздушное кольцо и фурмы в вагранку. Чаще делается три ряда фурм в шахматном порядке.

Часть вагранки от лещади до воздушных фурм наз. горном. Расплавленный чугун стекает в горн и оттуда непрерывной струей через летку стекает в копильник, который служит для сбора металла.

Шлак выпускают через шлаковую летку.

Из копильника по мере накопления металл выпускают в ковш. Диаметр копильника в свету принимают несколько больше диаметра вагранки, а высота копильника равна его диаметру.

Работа вагранки.

Вначале вагранку хорошо просушивают, а затем в горн в несколько приёмов насыпают кокс немного выше фурм и пускают слабое дутье, чтобы он разгорелся. При этом загружают новые порции кокса до тех пор, пока его уровень не поднимется над верхним рядом фурм на 700…800 мм.

После разогрева загружают первый слой металлической шихты, затем известняк, потом снова слой металлической шихты и т. д. Шихту загружают до завалочного окна и далее в процессе работы шихта поддерживается на этом уровне.

В верхней части вагранки твердая шихта нагревается, влага и летучие вещества выделяются из топлива, известняк частично разлагается.

Плавление металлической части шихты происходит в плавильной зоне вагранки, расположенной в верхней части горна. Здесь образуется жидкий металл, который стекает на лещадь. При этом жидкий металл при контакте с раскаленным коксом поглощает из него некоторое количество углерода и серы. В горне процесс окисления металла прекращается, т. к. сюда не проникает подаваемое дутьё. Жидкий металл несколько охлаждается и дополнительно насыщается углеродом и серой. В результате содержание углерода в чугуне колеблется в пределах 3,2…3,4%.

Производительность вагранки 0,5…30 т/ч.

Чугун можно плавить также в пламенных и дуговых электропечах.

Глава V. Производство отливок из стали

§ 1. Стали для производства отливок

Высокие механические свойства стали позволяют применять её для изготовления различных фасонных отливок. Для этого применяют конструкционные, инструментальные и стали с особыми свойствами (специальные).

Углеродистые стальные отливки получают из сталей марок: 15Л, 20Л…55Л.

Л - сталь литейная, число - среднее содержание углерода в сотых долях %.

Применяют также для отливок 19 марок легированных сталей, в которых в конце также ставится буква Л: 110Г13Л.

Самыми дешёвыми являются марганцовистые и кремнистые легированные стали, а самыми дорогими - титановые, вольфрамовые, ванадиевые, молибденовые.

§ 2. Особенности изготовления форм

Особенности обусловлены большой объемной и линейной усадкой стали, высокой температурой плавления и заливки.

Для уменьшения литейных напряжений, увеличивают податливость форм и стержней.

Для предупреждения образования в отливке усадочных раковин при изготовлении формы предусматривают прибыли. Прибыли располагают так, чтобы они питали жидким металлом наиболее медленно затвердевающие части отливки. В результате усадочная раковина перемещается в прибыль, а отливка получается плотной. Поэтому металл в прибыли должен затвердевать в последнюю очередь. Применяются верхние открытые и боковые закрытые прибили.

Вес прибыли часто превышает вес отливки. Для уменьшения расхода металла на прибыль применяют прибыли со сверх атмосферным давлением, что достигается различными методами. А также применяют подогреваемые прибыли.

Чтобы уменьшить разницу в скоростях охлаждения толстых и тонких частях отливки применяют холодильники. Они представляют собой металлические вкладыши, которые заформовываются в стенки формы для ускорения отвода тепла из утолщённых частей отливки. Применяют также и внутренние холодильники в виде кусков проволоки, гвоздей, стальных прутков, которые устанавливают внутри полости формы. При заливке они свариваются с металлом, понижая его температуру. В отличие от внешних, они остаются в теле отливки.

Литниковую систему стараются расположить так, чтобы заливка металла проходила спокойно, без завихрений и разрушения формы. Наибольшее распространение получили литниковые системы с подводом металла снизу и боковые разветвленные.

§ 3. Разливка стали

Сталь для фасонных отливок в зависимости от характера производства и массы отливок выплавляют в малых конвертерах с боковым дутьём, в мартеновских и электрических печах.

Температура плавления стали в зависимости от хим. состава колеблется от 1420…1525єС. Температура разливки стали в литейные формы должна быть выше на 100є для толстостенных отливок и на 150єС - для тонкостенных.

Высокая температура плавления, малая жидкотекучесть и высокая литейная усадка (2…3%) обуславливают особенности производства стальных отливок.

Разливку стали производят ковшами через носик лишь при заливке небольших форм. Формы средних и крупных отливок заливаются стандартным ковшом. При заливке стали из стандартного ковша устраняется возможность попадания шлака в форму, т. к. шлак плавает над металлом. Ёмкость стандартных ковшей от 1…50 тонн.

После охлаждения и очистки стальные отливки подвергаются термической обработке: отжигу, нормализации, закалке и отпуску для придания нужных свойств и получения равновесной структуры.

Глава VI. Производство отливок из цветных металлов и сплавов

§ 1. Цветные сплавы применяемые для литья

Для производства отливок применяют тяжёлые сплавы на медной основе и легкие на алюминиевой и магниевой основах.

Медные сплавы применяют для отливок, которые должны обладать некоторыми специальными свойствами: износоустойчивостью, стойкостью в атмосфере, кислотах, щелочах, пресной или морской воде при достаточно высоких механических показателях.

Чистая медь имеет плохие литейные свойства, поэтому чаще применяют её сплавы: латуни и бронзы.

Латуни - это сплавы меди с цинком. Они бывают простые и специальные. В простых латунях до 45% цинка и для отливок они применяются редко. Наиболее широко применяются специальные латуни, которые получаются добавкой к простым латуням Sn, Al, Ni, Mn, Fe, Pb, что придаёт латуням повышенную прочность, твёрдость, обрабатываемость резанием и хорошие литейные свойства.

Кроме латуней, применяются также бронзы. Они разделяются на две группы: оловянистые и специальные или безоловянистые. Т. к. олово является дефицитным и дорогостоящим металлом на практике применяют много марок бронз, в которых олово частично или полностью заменено другими элементами: Zn, Pb, Fe, Ni, Si и др.

Оловянистые бронзы обладают повышенной износоустойчивостью и коррозионной стойкостью, из них изготавливают корпуса насосов, подшипники, зубчатые колёса, втулки.

Из безоловянистых бронз наибольшее применение находят алюминиевые и кремнистые бронзы.

Алюминиевая бронза по сравнению с оловянистой, имеет большую прочность, сопротивление износу и стойкость против коррозии, достаточно хорошую жидкотекучесть. Однако ей свойственны повышенная усадка (до 3%) и склонность к поглощению газов в жидком состоянии.

Из алюминиевой бронзы отливают детали для химической промышленности, судостроения, ручных насосов.

Кремнистая бронза содержащая до 3% Si обладает хорошими литейными свойствами и высокой пластичностью. Добавка Mn повышает коррозионную стойкость, а Pb - антифрикционные свойства.

Маркировка медных сплавов.

Сплавы обозначают начальной буквой: Л - латунь, Бр - бронза. После чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав.

О - олово, Ц - цинк, Мц - марганец, Ж - железо, Ф - фосфор, Б - бериллий, Х - хром, С - свинец, А - алюминий, К - кремний, Н - никель. Цифры , следующие после букв, показывают количество легирующих элементов в %.

Простые латуни маркируют: Л60; Л63; Л70; Л80; Л90; Л96, где цифра указывает количество меди, а остальное цинк.

Литейные латуни: ЛК80-3Л - кремний 3%, медь 80%, остальное цинк; ЛАЖМц-66-6-3-2; ЛМцС58-2-2; ЛМцЖ55-3-1.

Оловянистые бронзы: БрОФ6,5-0,4 - 6,5 олова и 0,4 фосфора, остальное медь, БрОЦС6-6-3 - 6% олова, 6% цинка, 3% свинца остальное медь.

Безоловянистые бронзы: БрАЖС-7-1,5-1,5 - 7% алюминия, 1,5% железа, 1,5%свинца остальное медь.

К литейным оловянистыим бронзам относят: БрО10; БрОФ10-1; БрОЦ10-2; БрОСЦ5-5-5; БрОСЦ6-6-3; БрОЖ10-3-1,5.

Кремнистая бронза БрКМц3-1.

Чистый алюминий также очень редко применяется для литья, т. к. имеет низкие литейные свойства. На практике чаще используют лёгкие сплавы на основе Al и Mg (силумины). Сплавы Al с Si с содержанием 6…13% Si отличаются высокими литейными свойствами, хорошей жидкотекучестью. Из них отливают тонкостенные изделия очень сложной конфигурации. Усадка силуминов около 1%.

В литейном производстве применяют также сплавы Al с Mg (АЛ8-8, 8% Mg остальное Al) и Al с Cu (АЛ7, АЛ12).

В авиационной промышленности широко применяют сплавы магния. Из этих сплавов делают детали самолётов, радиоаппаратуры. Их литейная усадка 1,2…1,4%.

§ 2. Особенности изготовления форм для цветных сплавов

Медные сплавы отличаются значительной усадкой, сравнительно легко окисляются с образованием на поверхности плёнки окислов при высоких температурах, а бронзы имеют большую склонность к ликвации. Поэтому должно быть обеспечено плавное заполнение формы. При литье деталей из медных сплавов, часто в форме располагают большое количество отливок, соединенных питателями с одним стояком. Для алюминиевой бронзы подводят металл в нижнюю часть отливки с учётом сильной окисляемости и увеличенной усадки этого сплава.

Для улучшения питания на отливке устанавливают массивные прибыли и питающие выпоры, подвод металла осуществляют в массивную часть отливки.

Из алюминиевых сплавов получают отливки простой и сложной формы со стенками толщиной от 2,5 мм и выше.

Применяют литниковые системы с сифонным подводом металла, а также через вертикальные щелевидные литники и сверху через коллектор. Внизу стояка обычно устанавливают фильтровальные сетки, которые задерживают шлак и пленки Al2O3 . Питатели соединяются с полостью формы. Выпоры устанавливают массивные, чтобы не только способствовали удалению газов, но и служили прибылью для отливки. Суммарный вес выпоров нередко составляет 50% и более веса детали, а вместе с литниковой системой более 100%.

При литье магниевых сплавов металл подводят к отливке одновременно в большом количестве мест, что обеспечивает равномерность заполнения формы и охлаждения отливки.

Для предотвращения магниевого сплава от загорания во время заливки форм струю металла опыливают серным порошком. Сера образует пары и сернистый газ, которые предохраняют металл от соприкосновения с воздухом.

§ 3. Плавка цветных металлов

В качестве шихтовых материалов для изготовления фасонного литья из цветных сплавов применяют не только чистые металлы, но и вторичные. Cu, Ni, Zn, Al, Mg, Pb поступают в литейные цехи в виде слитков различной формы.

Вторичные металлы представляют собой отходы литейных цехов и др. производств. Во вторичных металлах не допускается наличие вредных примесей - Sb, As, Si а также окислов Fe, Al.

В качестве флюсов используют хлористые и фтористые соли, которые не только ошлаковывают примеси неметаллических включений, но и предохраняют сплав в процессе плавки от насыщения газами и окисления.

Плавильными агрегатами для плавки цветных сплавов являются тигельные и пламенные печи, стационарные и поворотные электрические и газовые тигли, электропечи сопротивления, электрические дуговые и индукционные печи.

Глава VII. Специальные виды литья

§ 1. Классификация специальных видов литья

К прогрессивной технологии литейного производства относятся специальные методы литья:

Способы получения точных отливок в разовые формы (формы разрушаются после каждой заливки). Эти методы устраняют или уменьшают механическую обработку отливок. К ним относятся: литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, литьё в стеклянные формы.

Литьё в полупостоянные формы. В таких формах можно получить несколько десятков и даже сотен отливок без разрушения формы. Такие формы изготавливают из шамота, металлокерамики и графита.

Литьё в металлические формы. В таких формах можно изготовить несколько тысяч отливок с большой точностью размеров. К литью в металлические формы относят следующие способы: литьё в кокиль, центробежное литьё, литьё под давлением.

§ 2. Литьё точных отливок в разовые формы

Производство точных отливок по выплавляемым моделям.

Этим методом можно получать точные фасонные отливки толщиной стенок более 0,3 мм, массой от 1 г до 100 кг почти из всех литейных сплавов.

Готовые отливки имеют очень чистую поверхность, что позволяет резко сократить объём механической обработки отливок.

Сначала по чертежу детали готовят эталон (образец) изделия, который представляет собой копию отливки с необходимыми припусками и допусками. По эталону изготавливают пресс-форму из металла или какого-нибудь другого материала. Конфигурация внутренней полости пресс-формы должна соответствовать конфигурации отливки.

Для изготовления модели применяют легкоплавкие материалы, имеющие низкую температуру плавления и хорошую жидкотекучесть. Чаще применяют парафин и стеарин, смешивающиеся в различных соотношениях (75 - 25%; 60 - 40%; 50- -50%). Иногда к этой смеси добавляют дешёвые канифоль, полистирол и др.

Для изготовления выплавляемых моделей в пресс-форму водят модельную массу при температуре 40…60єС и давлении 2…5 ат в расплавленном состоянии. Модель затвердевает в пресс-форме и приобретает конфигурацию отливки. Затем пресс-форму разбирают, модель вынимают и охлаждают до комнатной температуры.

Легкоплавкие модели склеивают в виде блока с общей литниковой системой и окрашивают, погружая в облицовочный жидкий состав, состоящий из 30…40% этилсиликата и 70…60% кварцевой муки. Толщина наносимого слоя 1…1,5 мм. Облицованную легкоплавкую модель посыпают кварцевым песком. После этого блок моделей просушивают при комнатной температуре 5…6 ч. Модель выплавляют из оболочки при помощи горячего воздуха при 120…150єС, паром или горячей водой.

Готовую форму прокаливают при температуре 850…900єС, остатки легкоплавкого сплава сгорают, поверхность формы становится гладкой и твёрдой. Затем форму заливают металлом, а после охлаждения детали выбивают и очищают от оболочек.

Кроме рассмотренного метода существуют ещё несколько методов:

- Литьё по выжигаемым моделям.

При этом способе модель не выплавляют из формы, а выжигают. Модель изготавливают из полистирола и заформовывают, не извлекая модель, форму заливают жидким металлом. Модель при соприкосновении с жидким металлом испаряется и металл занимает пространство, где была модель.

Литьё по растворяемым моделям.

В этом случае модель изготавливают из соли (NaNO3; KNO3 и др.). После изготовления формы по этой модели, её растворяют и таким способом удаляют из формы.

Литьё по замороженным моделям.

При этом способе модель изготовляют из водных растворов солей или ртути. Жидкий раствор заливают в штамп и замораживают. По замороженной модели изготовляют форму. Модель из формы удаляют нагревом.

Литьё в оболочковые формы.

Является разновидностью литья в разовые песчаные формы. Оболочковые формы изготавливают из формовочной смеси, которая состоит из кварцевого песка и бакелитовой синтетической смолы (6…7%) в виде порошка. Связующие материалы обладают способностью при нагревании до 100 С оплавляться, когда же температура нагрева переходит за 160єС, они необратимо затвердевают.

...