Облегчение деталей из алюминия с использованием пустотелых форм

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОБЛЕГЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ИЗ АЛЮМИНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПУСТОТЕЛЫХ ФОРМ

Филатов Д.А.,

Аспирант кафедры «Машины и технология литейного производства» Волгоградский государственный технический университет Россия, г. Волгоград

Аннотация

алюминий отливка пустотелый гальванический

Статья посвящена уменьшению итоговой массы деталей из алюминия за счет внедрения в тело отливки медных пустотелых форм в условиях литейного производства. Показан способ получения пустотелых форм гальваническим методом.

Ключевые слова: Литейное производство, облегчение массы, алюминий, гальваника, пустотелые формы.

Annotation

The article is devoted to the reduction of the final weight of aluminum parts due to the introduction of copper hollow molds into the casting body in the conditions of foundry production. A method for obtaining hollow forms by electroplating is shown.

Key words: Foundry, weight relief, aluminum, electroplating, hollow molds.

Актуальность темы статьи обусловлена тем, что сегодня в целях повышения конкурентоспособности продукции литейные предприятия должны использовать передовые прогрессивные технологии, учитывающие такую важную часть производственного процесса, как рациональное использование ресурсов. Облегчение итоговой массы получаемых деталей заметно снижает расход металла на единицу продукции, следовательно, снижаться и её себестоимость, что в свою очередь даёт возможность дальнейшего увеличения производства с экономической точки зрения.

В качестве основного металла был выбран алюминий, за счет его преимуществ по отношению к другим металлам. Алюминий самый распространенный металл, встречаемый на земле 8.8%. Плотность алюминия составляет примерно 2.6 - 2.8 г/см³ это составляет 1/3 плотности стали что поспособствовало широкому применению данного материала в промышленности. Все стандартные методы обработки такие как: литьё, сварка, обработка давлением и т.д. зачастую гораздо проще чем обработка других металлов. По показателю электропроводности алюминий уступает только золоту, серебру и меди. А сочетание малой плотности и высокой электропроводности позволяет конкурировать в сфере кабельно-проводниковой продукции с медью [1]. Алюминий обладает высокой удельной теплоёмкостью и теплотой плавления. Эти показатели значительно больше, чем у большинства металлов. Алюминий имеет большое сродство к кислороду и покрывается на воздухе тонкой прочной плёнкой оксида алюминия. Эта плёнка защищает металл от последующего окисления и обеспечивает его хорошие антикоррозионные свойства. Алюминий обладает стойкостью к атмосферной коррозии, морской и пресной воде, практически не вступает во взаимодействия с органическими кислотами, концентрированной или разбавленной азотной кислотой [2].

На сегодняшний день алюминий имеет множество сплавов различных по составу и физическим свойствам, для данной работы был выбран сплав алюминия и кремния АК12 с незначительной долей магния и прочих примесей в составе за счет малой плотности из за нахождения в составе менее плотного кремния - плотность данного сплава составляет всего 2.65 г/см³. (Таблица 1).

Таблица 1 - Состав и литейные свойства АК12.

Данный сплав обладает необходимыми в литейном производстве свойствами, которые не имеют другие алюминиевые сплавы, такие как высокая жидкотекучесть и низкая литейная усадка [3].

В качестве модели для изготовления облегченной детали (Рисунок 1) использовалось изделие, выполненное из сплава АК12 в форме торообразного диска. Оно же послужило в качестве контрольной детали для сравнения с опытной облегченной детали. Модель по которой производили формовку имела следующие размеры:

R1 (Радиус всей детали) = 72.5 мм;

РД (Радиус цилиндра) = 52.5 мм;

Яз (Радиус тора) = 10 мм;

H (высота) = 10 мм; m (масса) 626 гр.

Рисунок 1 - Контрольная деталь диск

При облегчении детали использовались полимерные заготовки формообразователя на которые наносили тонкое металлическое покрытие гальваническим способом.

Для нанесения медного покрытия на поверхность формообразователя был приготовлен электролит меднения. Имеется две основные группы электролитов - кислые и щелочные. К первой группе электролитов относятся сернокислые, йодные, йодидные, хлоридные, бромидные и некоторые другие электролиты. К щелочным электролитам относят: пирофосфатные, тиосульфатные, роданистые и др. Наибольшее распространение получили сернокислые электролиты за счет относительно простого состава, стабильным свойствам, плотности тока и простоте корректирования [4]. Учитывая это для металлизации был использован сернокислый электролит меднения. После металлизации заготовки подвергались термической обработке с целью удаления полимера под металлизированной поверхность. Таким образом были изготовлены пустотелые металлические формообразователи внутренних полостей в теле отливки.

В последствии получившиеся формы размещались в песчано-глинистой форме с последующей заливкой металла. (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Песчано-глинистая форма

После кристаллизации металла, полученная отливка выбивалась из формы и механически обрабатывалась.

После механической обработки полученная деталь была взвешена и итоговая масса составила 440 гр., что на 30% меньше массы диска без применения пустотелых форм. Это позволяет рассчитать экономию металла. Средняя цена сплава АК12 на сегодняшний день составляет 250 р/кг, учитывая это готовая деталь без учёта литниковой системы, будет равняться 156,5 р/шт., а цена получаемой детали данным методом будет составлять 117,15 р/шт с учетом расходов на металлизацию. Следовательно, себестоимость изделия снижается на 25,14%, а экономия металла составит 30%.

При необходимости так же можно увеличивать объём пустотелых форм для большего сокращения затраченного металла в производстве.

Рисунок 3 - Демонстрация полости в теле отливки. 1-алюминий 2-медная оболочка 3- полость в медной оболочке

После механической обработки деталь была взвешена и итоговая масса составила 440 гр., что на 30% меньше массы диска без применения пустотелых форм. Полученная деталь, в разрезе, представлена на рисунке 3, где видно полость в теле отливки с тонким медным слоем.

Сравнивая массу контрольной литой детали и массу облегченной детали можно рассчитать экономию металла для получения единицы изделия. Средняя цена сплава АК12 на сегодняшний день составляет 250 р/кг, учитывая это готовая деталь без учёта литниковой системы, будет равняться 156,5 р/шт., а цена получаемой детали данным методом будет составлять 117,15 р/шт с учетом расходов на металлизацию. Следовательно, себестоимость изделия снижается на 25,14%, а экономия металла составит 30%.

Таким образом, полученные результаты наглядно демонстрируют возможность облегчения массы изделий в литейном производстве путём внедрения в тело отливки пустотелых форм, что и может найти практическое применение в машиностроительной области.

Выводы

1. Использование пустотелых форм позволила получать детали с уменьшением массы отливки в 30%.

2. Данная технология показала возможность сокращения производственных и экономических затрат металла на 25.14%.

Использованные источники

1. Алюминий и алюминиевые сплавы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.naukaspb.ru/spravochniki/Demo%20Metall/3_16.htm (дата обращения 13.06.2022).

2. Литье по газифицируемым моделям / Ю.А. Степанов [и др]. -- Москва: Машиностроение, 1976. -- 224 с.

3. ГОСТ 1583-93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. Электронный фонд правовых и нормативно-технических документов. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200009199 (Дата обращения 15.06.2022)

4. Садаков Г.А. Гальванопластика М.: Машиностроение, 1987 -284C - 72 с.

Размещено на Allbest.ru