Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

 

  Главная       Учебники - Металлургия       

 поиск по сайту           правообладателям

 

 

 

 

 

 

 



 

 

Книга 3.

Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

 

 



 

В учебном пособии показаны возможности литейного производства рассмотрено проектирование и расчет заготовки с приведением необходимых справочных и стандартизированных данных, а в приложении приведен пример выполнения такой работы. Приведены сведения об охране труда и технике безопасности в литейном производстве.

Учебное пособие предназначено для студентов, изучающих дисциплины «Технология конструкционных материалов», «Технология заготовительных производств», «Проектирование и производство заготовок», Ил. 67. Табл. 25. Библиогр. список 25 назв.


 

Предисловие


 

Любую машину (машину-двигатель, машину-преобразователь, машину- орудие) собирают из деталей (элементарных частей), изготовленных без применения сборочных операций и приспособлений. Надежность и долговечность машины зависит от качества деталей, из которых она собрана. Качество детали в основном определяется заготовкой, которую получают тем или иным методом: литьем; сваркой; обработкой резанием или обработкой давлением: ковкой, объемной или листовой штамповкой).

В современном машиностроении детали (заготовки) делают из металлов и сплавов, а также из неметаллических (пластмасс, резины, древесины, керамики) и порошковых материалов.

К заготовкам, независимо от метода и способа их получения, предъявляются следующие требования:

  • поверхности, используемые как базовые на первой операции обработки, должны быть чистыми без заусенцев и других дефектов, чтобы избежать значительных погрешностей установки при дальнейшей обработке или сборке;

  • механические и физические свойства материала заготовки, его химический состав, структура и зернистость должны быть стабильными по всему объему;

  • все поверхности заготовки не должны иметь механических повреждений, в противном случае возможен выпуск некачественных деталей;

  • геометрические размеры заготовок должны приближаться к геометрическим размерам готовой детали;

  • коэффициент использования материала должен быть максимальным, а трудоемкость дальнейшей обработки - минимальной, но при этом должно быть обеспечено получение качественной детали (по размерам и шероховатости поверхности) в соответствии с чертежом после механической обработки на металлорежущих станках;

  • все внутренние напряжения должны быть сняты за счет применения термообработки.

Каждый из указанных методов представляет самостоятельную отрасль машиностроения и описан в специальной литературе, но, в тоже время, отсутствуют обобщенные сведения по производству заготовок различными методами и способами, что вызывает затруднения при выполнении студентами курсовых и дипломных проектов.

В связи с этим по инициативе авторов разрабатывается и издается серия учебных пособий, которая признана способствовать лучшему обеспечению студентов учебно-методической литературой.


 

В серии книг «ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК» рассмотрены такие вопросы, как получение штампованных и литых заготовок, комбинированные сварные заготовки и листовая штамповка, спеченные формовки из порошковых материалов, композитные и пластмассовые заготовки.

Введение


 

Методы формообразования при производстве деталей машин подразделены на четыре вида:

  • литейное производство;

  • обработка давлением;

  • сварка;

  • обработка резанием.

Особенности технологических методов производства заготовок влияют на конструкцию, кинематические и прочностные данные отдельных деталей и механизмов. Вариантность любого технологического процесса определяется многими факторами (назначением детали, размерами, массой, количеством деталей, материалом и их строением).

Литейное производство (ЛП)—отрасль машиностроения, изготовляющая заготовки или детали (отливки) и это технологический процесс изготовления фасонных деталей или заготовок заливкой расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки или детали. При охлаждении после затвердевания залитый металл сохраняет конфигурацию полости формы. Отливки могут быть деталями или заготовками, которые в дальнейшем подвергаются обработке.

Литейное производство позволяет получать разнообразные по конфигурации и свойствам фасонные отливки из чугуна, стали и из сплавов цветных металлов. Высокие механические и эксплуатационные свойства отливок обуславливают их широкое применение в различных отраслях промышленности. Литьем изготовляют отливки, как простой, так и сложной формы, которые нельзя получить другими технологическими методами. Например, корпусные детали приборов и машин чаще всего изготовляют литьем. Важной задачей литейного производства является получение отливок, по форме и размерам приближающихся к готовой детали, что существенно сокращает обработку резанием.

Получение заготовок начинают с разработки технологии, решив вопрос о возможности выполнения заказа, с учетом таких характеристик как масса, габаритные размеры и серийность отливки, а также - материал литой заготовки и возможность обеспечения требуемой точности от назначения литой детали.

  1. Основные сведения о литейном производстве


     

    1. Типы литейного производства


       

      Литейное производство разделяют на три основных типа: массовое, серийное и единичное.


       

      Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском отливок ограниченной номенклатуры большими партиями. Примером могут служить литейные цехи автомобильных, тракторных и других подобных предприятий. Массовое производство позволяет механизировать и автоматизировать технологический процесс в целом и организовать его более экономично.


       

      Серийное производство характеризуется определенной периодичностью выпуска отливок ограниченной или широкой номенклатуры партиями (сериями). Примером является выпуск литых заготовок станкостроительными заводами. При серийном производстве можно выделить сходные группы отливок по габаритным размерам и массе, а также механизировать и автоматизировать отдельные операции. Эти условия являются наиболее благоприятными для внедрения передовой технологии при изготовлении определенной группы отливок.


       

      Единичное производство характеризуется выпуском разнообразных отливок в небольших количествах, а иногда отдельных сложных литых деталей для опытных образцов станков, приборов, машин. В единичном производстве значительный процент технологических операций выполняют вручную, так как различная номенклатура выпускаемых отливок не позволяет механизировать их производство. Примером единичного производства может служить выпуск уникальных корпусов турбин, станин, деталей экскаваторов, мощных прессов и других машин.


       

      Основным производственным подразделением предприятия является цех, в котором изготовляется продукция (или часть ее) или выполняется определенная стадия производства. В машиностроении цехи, как правило, подразделяют на основные, вспомогательные и побочные.


       

      Задачей основных цехов является изготовление основной продукции,

      предназначенной для реализации. Основные цехи машиностроительных заводов делят на заготовительные (литейные (чугунолитейный, сталелитейный, цех литья под давлением), кузнечный или кузнечно-прессовый, термический и др.), механические и сборочные.

    2. Принципы конструирования деталей из литых заготовок


       

      Конструкция отливки должна отвечать служебным требованиям детали, технологии ее изготовления, технологии механической обработки и эстетическим требованиям. Внешние контуры литой детали должны представлять собой сочетание простых и прямолинейных контуров, сочленяемых плавными криволинейными переходами. Необходимо стремиться к уменьшению габаритных размеров и особенно высоты детали, устранению выступающих частей, больших тонких ребер, глубоких впадин и поднутрений, затрудняющих изготовление литейной формы.


       

      Внутренние полости литых деталей следует конструировать открытыми, без поднутрений, что позволит изготовить отливку без применения стержней. Если при изготовлении отливки обойтись без стержней невозможно, то при конструировании литой детали необходимо предусматривать отверстия и окна максимальных размеров в достаточном числе для обеспечения устойчивости стержней в литейной форме, точности их установки, легкого удаления стержней и каркасов из отливки при ее очистке.

      Стенка литой детали объединяет все ее рабочие элементы (гнезда подшипников, фланцы, поверхности скольжения и качения и др.), придает в значительной степени требуемую конфигурацию, жесткость и прочность. Выбор минимально допустимой толщины стенки отливки определяют размеры и сложность отливки, а также литейные свойства сплава,


       

      Характерной особенностью многих отливок является сочетание массивных направляющих с относительно тонкими стенками, применение ребер жесткости и разветвленных внутренних полостей, разделенных перегородками. Для предупреждения возникновения усадочных раковин и трещин в отливках должны быть правильно выполнены переходы от одного сечения к другому (рисунок 1).


       

      image


       

      а) – при отношении А/а < 1,75; б) - при отношении А/а > 1,75


       

      Рисунок 1 - Рекомендуемые переходы от массивных к тонким сечениям отливок при различных их отношениях


       

      Ребра жесткости создают местные скопления металла, вызывающие образование усадочных раковин и трещин. Для устранения этого дефекта необходимо Х - образные сечения заменять Т - образными, а соединения ребер со стенками отливки располагать под прямым углом. При пересечении в одной точке нескольких ребер рекомендуется делать кольцевое ребро и присоединять к нему радиальные ребра на достаточном расстоянии друг от друга. Толщина ребер обычно составляет 0,8 толщины стенки отливки.


       

      Для предупреждения образования усадочных раковин в массивных отливках, из сплавов имеющих повышенную усадку при конструировании должен быть применен принцип направленного или одновременного затвердевания. При направленном затвердевании толщина стенки отливки плавно увеличивается снизу вверх. Кристаллизация металла происходит от тонких сечений отливки, расположенных в нижней части формы, к более

      массивным сечениям, располагающимся в верхней части формы. При одновременном твердении сечения отливок имеют одинаковую толщину, как в нижней, так и в верхней части детали.

      Иногда бывает целесообразным крупные и сложные литые конструкции разделить на более простые элементы или детали с последующим соединением их между собой сваркой, болтовыми соединениями и другими способами. При этом рекомендуется упрощать наиболее сложные и крупные детали и усложнять наиболее простые из стыкуемых деталей. Выступающие части корпусных деталей делают съемными. Для повышения жесткости, уменьшения массы и сокращения объема механической обработки объединяют несколько простых деталей в одну. Конструкция литой детали должна обеспечивать возможность получения ее габаритных размеров, сечений и массы с заданной точностью. Для этого необходимо предусматривать конструктивные уклоны на необрабатываемых поверхностях.

      Отдельные бобышки и приливы необходимо объединять в один общий прилив и доводить его до плоскости разъема или основания. Для облегчения пригонки сопрягаемых деталей в ее конструкции предусматривают пояски, отбортовку и т. п., что позволяет компенсировать допустимые отклонения в размерах отливки.


       

      1. Технологическая характеристика отливок


         

        Существует несколько принципов классификации отливок, в том числе, по методу формовки и по видам форм, по условиям приемки и по классам точности, по марке материала, из которого они изготовлены и т.д.


         

        Среди отливок до 80 % по массе занимают детали, изготовляемые литьем в песчаные формы. Метод является универсальным применительно к литейным материалам, а также к массе и габаритам отливок. Специальные способы литья значительно повышают стоимость отливок, но позволяют получать отливки повышенного качества с минимальным объемом механической обработки.


         

        Характеристика отливок, получаемых различными методами, приведена в таблице 1.


         

        image


         

               
               
         
           


         

        Сталь, серый, ковкий и высоко

        прочный чугун, цветные металлы и сплавы

         

        по шаблону


         

        в крупных опоках

        До 100


         

        Отливки в виде тел вращения (зубчатые

         

        в съемных опоках

        со стержнями из бы- стротвердеющей смеси

        До 35


         

        Станины ГМК, болтовысадочных автоматов, ножниц; позволяет уменьшить припуски на 25—30 % и


         

        в почве с верхней опокой с облицо вочным слоем из

        До 25


         

        Шаботы, станины, цилиндры; позволяет снизить трудоемкость изготовления заготовки и

        в стержнях

        До 2


         

        Отливки со сложной ребристой

        в почве открытая

        До 0,15

         

        в мелких и средних опоках

        До 0.1

         


         

        Машинная

        До 2

        Бабки, суппорты, корпуса небольших станин

        в мелких и средних опоках

        До 0,1

        Шестерни, подшипники, муфты, маховики: позволяет получать от- ливки повышенной точности с низ кой шероховатостью поверхности

        Литье в оболоч

        До 0,15


         

        Сталь,

        Ответственные фасонные отливки в

        ковые формы:

        крупносерийном и массовом

        песчано-смоляные

        производстве

        химически твердею- щие тонкостенные (10-20 мм)

        До 0,2

        чугун и

        Ответственные фасонные мелкие и средние отливки

        цветные

        сплавы


         

        1

        2

        3

        4

        химически твердею- щие толстостенные (от 50 до 150 мм)

        До 40

         

        Большие отливки (станины штамповочных молотов, подушки прокатного стана)

        жидкостекольные оболочковые


         

        До 0,1 Стали хроми- стые, кобальтовые,

        Точные отливки с низкой шероховатостью поверхности в серийном производстве

        Литье по


         

        выплавляемым моделям

        Высоколегированные стали и сплавы (за исключением щелоч- ных металлов реаги- рующих с кремнезе- мом облицовки)

        До 0.15

        Лопатки турбин, клапаны, дюзы, шестерни, режущий инструмент, детали приборов. Керамические стержни позволяют изготовлять отливки толщиной 0,3 мм и

        отверстия диаметром до 2 мм

        растворяемым моделям

        До 0,15

        Титан, жаропроч ные

        стали

        Лопатки турбин, детали приборов. Солевые модели снижают шероховатость поверхности

        Замораживае- мым моделям

        До 0.14

        Тонкостенные отливки (минимальная толщина стенки 0.8 мм, диаметр отверстия до 1 мм)

        Газифицируе мым моделям

        До 15.

        Любые сплавы

        Мелкие и средние отливки -

        рычаги, втулки, цилиндры, корпуса

        Многократные формы

        Гипсовые

        0,1

        Сталь, чугун,

        цветные металлы и

        сплавы


         

        Крупные и средние отливки в серийном производстве

        песчано-цементные

        70

        кирпичные

        200

        шамотно-кварцевые

        100

        глинистые

        50

        графитовые

        0,014

        каменные

        0,03

        металлокерамичес- кие и керамические

        0,025

        Литье в кокиль:

        с горизонтальной, вертикальной и ком бинированной плос- костью разъема


         

        7 (чугун),

        4 (сталь), 0,5(цветные и сплавы


         

        Сталь, чугун, металлы


         

        Фасонные отливки в крупносерийном и массовом производстве (поршни, корпуса, диски, коробки подач, салазки)


         

        1

        2

        3

        4

        облицованный кокиль

        Сталь аустенитного и ферритного классов 0.25

        Лопатки рабочих колес гидротурбин, коленчатые валы, буксы, крышки букс и другие крупные толстостенные отливки

        Литье под давлением:

        на любых машинах

        Алюминиевые, цинковые и оловянные сплавы, сталь

        Отливки сложной конфигурации (тройники, колена, кольца электродвигателей, детали приборов, блок двигателя)

        с применением вакуума

        0,05

        Медные сплавы

        Плотные отливки простой формы

        Центробежное литье на машинах с осью вращения: вертикальной

        0,05

        Чугун, сталь, бронза и др.

        Отливки типа тел вращения (вен- цы, шестерни, бандажи, колеса, фланцы, шкивы, маховики), двух- слойные заготовки (чугун – брон- за, сталь - чугун) при l / d 1

        горизонтальной

        0.60

        Трубы, гильзы, втулки, оси при отношении l / d > 1

        наклонной (угол наклона 3-6°)

        1.0

        Трубы, валы, слитки

        вертикальной, несовпадающей с осью отливки

        0.01

        Фасонные отливки, не являю- щиеся телами вращения (рычаги, вилки, тормозные колодки)

        Штамповка жидких сплавов

        До 0,30

        Цветные сплавы

        Слитки, фасонные отливки с глубокими полостями (турбинные лопатки, детали арматуры высокого давления)

        с кристаллизацией под поршневым давлением

        0,01

        Чугун и цветные сплавы

        Массивные и толстостенные отливки без газовых раковин и пористости; можно получать уплотненные заготовки из нелитейных материалов (чистый алюминий)

        Литье выжиманием

        Панели размером до 1000 х х2500 мм с толщиной 2.5-5 мм

        Магние вые и алюми ниевые сплавы

        Крупногабаритные отливки, в том числе ребристые


         

        1

        2

        3

        4

        Вакуумное всасывание

        0,01

        Сплавы на медной основе

        Небольшие отливки типа тел вращения (втулки, гильзы)

        Последовательно направленная кристаллизация

        0.012

        Цветные сплавы

        Отливки с толщиной стенки до 3 мм при протяженности до 3000 мм

        Литье под низким давлением

        0.030

        Чугун, алюмини- евые сплавы

        Тонкостенные отливки с толщиной стенки 2 мм при высоте 500—600 мм (головки блока цилиндров, поршни, гильзы)

        Непрерывное литье

        Трубы диаметром 300-1000

        мм

        Сталь, чугун, цветные металлы и сплавы

        Листы, заготовки круглого сечения (слитки, трубы, валы)


         

        Ответственные и особо ответственные отливки испытывают на прочность. При литье в песчаные формы по деревянным моделям и при формовании стержней в деревянных ящиках можно получить точность не выше 3-го класса. Точность повышают, применяя металлические модели и стержневые ящики, механизацию формовки, формовку в стержневых формах, в постоянных формах, а также тщательно соблюдая технологический процесс литья.


         

        Наименьшие отклонения размеров отливки дает формовка в одной опоке. При формовке в двух или нескольких опоках возникают отклонения в результате смещения одной опоки относительно другой.


         

        Отливки 1 класса точности обеспечиваются формовкой по металлическим моделям с механизированным выемом моделей из форм и с заливкой металла в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют в условиях массового производства и для изготовления наиболее сложных по конфигурации тонкостенных отливок.


         

        Отливки 2 класса точности обеспечиваются формовкой с

        механизированным выемом деревянной модели, закрепляемой на легкосъемных металлических плитах, из форм и с заливкой в сырые и подсушенные формы. Этот способ применяют для получения отливок в серийном производстве.


         

        Отливки 3 класса точности обеспечиваются ручной формовкой в песчаные формы, а также машинной формовкой по координатным плитам с незакрепленными моделями. Этот способ является оптимальным для изготовления отливок любой сложности, любых размеров и массы из разных литейных сплавов в единичном и мелкосерийном производстве.


         

        Допустимые отклонения размеров чугунных и стальных отливок приведены в таблице 2.


         

        Таблица 2 - Допустимые отклонения размеров чугунных и стальных отливок

        В миллиметрах


         

        Наибольший габаритный размер отливки

        Номинальный размер


         

        До 50


         

        Св.50 до 120


         

        Св.120 до 260


         

        Св.260 до 500


         

        Св.500 до 800


         

        Св.800 до 1250


         

        Св.1250 до 2000


         

        Св.2000 до 3150


         

        Св.3150 до 5000


         

        Св.5000 до 6300


         

        Св.6300 до10000

        1

        2

        3

        4

        5

        6

        7

        8

        9

        10

        11

        12

        I класс точности

        До 120

        0.2

        0.3

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        Св. 120 до 260

        0,3

        0,4

        0,6

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        » 260 » 500

        0,4

        0,6

        0,8

        1,0

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        » 500 » 1250

        0,6

        0,8

        1,0

        1,2

        1,4

        1,6

        -

        -

        -

        -

        -

        » 1250 » 3150

        0,8

        1,0

        1,2

        1,4

        1,6

        2.0

        2,5

        3,0

        -

        -

        -

        » 3150 » 5000

        1.0

        1,2

        1,5

        1,8

        2,0

        2,5

        3.0

        4,0

        5,0

        -

        -

        II класс точности

        До 260

        0,5

        0,8

        1.0

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        Св. 260 до 500

        0,8

        1.0

        1,2

        1,5

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -


         

        » 500 » 1250

        1.0

        1,2

        1,5

        2,0

        2,5

        3.0

        -

        -

        -

        -

        -

        » 1250 » 3150

        1,2

        1,5

        2,0

        2,5

        3.0

        4,0

        5,0

        6,0

        -

        -

        -

        III класс точности

        До 500

        1.0

        1,5

        2,0

        2,5

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        -

        Св. 500 до 1250

        1,2

        1,8

        2,2

        3.0

        4,0

        5,0

        -

        -

        -

        -

        -

        » 1250 » 3150

        1,5

        2,0

        2,5

        3.5

        5,0

        6,0

        7,0

        9,0

        -

        -

        -

        » 3150 » 6300

        1.8

        2,2

        3,0

        4,0

        5.5

        6,5

        8.0

        10

        12

        15

        -


         

        Верхняя опока (рисунок 2) может сместиться относительно нижней на величину зазора а в центрирующих штырях с соответствующим смещением всех вертикальных поверхностей, формуемых в верхней опоке, в результате чего номинальная толщина стенок может сильно измениться.


         

        Отклонения горизонтальных поверхностей происходят в результате неточной установки стержней в вертикальном направлении, попадания сора на поверхности стыка опок и стержней и т. д.


         

        Как правило, поверхности, формуемые в нижней опоке, точнее поверхностей, формуемых в верхней опоке; поверхности, формуемые моделью, точнее поверхностей, формуемых внутренними стержнями.


         

        Другие причины неточностей: отклонения размеров модельного комплекта от номинала; изменение размеров стержней при сушке; рассыханне моделей при хранении; изменение размеров формы в результате расталкивания моделей при выемке; колебания усадки из-за различной податливости стержней; коробление отливки под действием усадочных напряжений.


         

        image


         

        Рисунок 2 – Причины возникновения неточностей


         

        при получении отливки в двух опоках


         

        Поверхности, формуемые стержнями, могут сместиться относительно поверхностей, формуемых моделью, из-за неточной установки стержня в форме (смещение на рисунке 2). Наибольшей величины достигают смещения в верхней полуформе, где суммируются смещения полуформы и стержня.


         

        В неблагоприятном случае (смещения стержня и полуформы направлены в противоположные стороны) колебания толщины вертикальных стенок в верхней полуформе, равные ± (а b), превышают отклонения в нижней полуформе ± примерно в 2 раза.


         

        Припуски назначают в зависимости от наибольшего габаритного размера

        А отливки для различных расстояний L поверхности от базы.


         

        В таблице 3 приведен тип производства в зависимости от годового выпуска отливок


         

        Таблица 3 - Годовой выпуск отливок от типа производства, шт.


         

        Масса отливки, кг

        Производство

        Еди- ничное

        Мелко- серийное

        Средне- серийное

        Крупно- серийное

        Массовое

                   


         

        Колебания размеров отливки имеют особое значение на участках сопряжения черных стенок с поверхностями, подвергающимися механической обработке. Точность механической обработки во много раз выше точности литейных размеров.


         

        Возможности повышения производительности процессов литья, точности размеров и качества отливок расширяются при их изготовлении в автоматизированных комплексах, в которых используются новые механизмы для уплотнения смеси, применяются электронные схемы управления технологическими процессами и счетно-решающие устройства для выбора оптимальных режимов.


         

        image

        1


         

        2


         

        3

        4


         

        т – верхних; о – боковых; п - нижних


         

        1 - верхняя опока; 2 - отливка; 3 – стержень; 4 – нижняя опока


         

        Рисунок 3 - К определению величины припусков


         

        на размеры отливки для различных поверхностей


         

        Припуски для верхних поверхностей типа т имеют максимальные значения, поскольку точность таких поверхностей меньше, главным образом из-за скоплений в верхних припусках неметаллических включений, шлаков и других примесей, подлежащих удалению при механической обработке. Значения припусков для нижних п и боковых о поверхностей на 20—30 % меньше припусков для верхних поверхностей. Припуски для стальных отливок назначают на 25 и до 40 % больше чем для чугунных.

        Прогрессивно применение покрытия литейной формы для поверхностного легирования отливок. Так карбидообразующие легирующие элементы (теллур, углерод, марганец) повышают износостойкость формы и устраняют рыхлость отливок; графитизирующие легирующие элементы (кремний, титан, алюминий) устраняют отбел, уменьшают остаточные напряжения и улучшают обрабатываемость отливок. Применение жидкоподвижных смесей при литье в песчаные формы повышает производительность труда, снижает трудоемкость изготовления формы и стержней от 3 до 5 раз, исключает ручной труд и позволяет полностью механизировать и автоматизировать производство изготовления форм и стержней независимо от их размеров, конфигурации и номенклатуры.

        Точность размеров отливки характеризуют допусками на размеры, зависят которые от ее номинальных значений. Для оценки точности можно пользоваться квалитетами по ГОСТ 25347-82 (таблица 4).


         

        Таблица 4 - Ориентировочные данные о требуемой точности размеров отливок


         

             
             


         

        Определяемые неподвижными сопрягаемыми поверхностями типа отверстие — вал (например, крышки). Определяемые


         

        Средняя


         

        12-14

           

        Габаритные: толщины стенок, ребер, фланцев (если к ним не предъявляются особые, требования)


         

        Низкая


         

        Более 15


         

        Применение роботов для нанесения покрытий, обсыпки блоков и в заливочных комплексах с телеуправлением обеспечивает защиту оператора от

        воздействия пыли, дыма, тепла и брызг металла.

        При производстве крупных отливок применение регулируемого охлаждения формы позволяет сократить продолжительность охлаждения в литейной форме отливок массой до 200 т в 2 раза по сравнению с естественным охлаждением.


         

        Таблица 5 - Допуски размеров и шероховатость поверхности отливок


         


         


         

        Литье

        Сплавы отливок

        легкие цветные

        тяжелые цветные и серый чугун

        ковкий, высокопрочный чугун, сталь

         

        2

        3

        4

        Под давлением

        IT11-IT1З; до

        Rа = 0,63

        мкм

        IT12-IT14; до Rа

        = 1,25 мкм и грубее

        В керамические формы и по выплавляемым моделям

        IT12-IT14; до

        Rа = 2,5 мкм


         

        IT13-IT15;

        до R20 мкм

        IT14-IT15;

        Rz=20 мкм грубее


         

               

        В кокиль и под низким давлением без стержней и с песчаными стержнями; в песчаные формы, отверждаемые в контакте с оснасткой


         

        IT13-IT17; до

        Rг == 20 мкм


         

        IT14-IT17;

        до Rг = 40 мкм


         

        IT15-IT18;

        до Rг = 80 мкм

        В песчаные формы, отверждаемые вне контакта с оснасткой; центробежное; в сырые и сухие песчано-глинистые формы


         

        IT14-IT18; до

        Rг == 40 мкм


         

        IT15-IT19;

        до Rz = 80 мкм


         

        IT16-IT20;

        Rг == 80 мкм и грубее


         

        Квалитеты точности для размеров отливок из черных сплавов (числитель)

        и из цветных сплавов (знаменатель) выбирают по таблице 6.

        Таблица 6 - Рекомендуемые квалитеты для размеров отливок из сплавов черных и цветных металлов


         


         


         

        Литье


         

        Наиболь. габаритн размер,мм

        Производство


         

        Автома тезиров анное


         

        механи зирова нное


         

        ручное

        1

        2

             


         

        Под давлением

        До 315

        Св. 315

        - / IT11

        - / IT12

        - / IT12

        - / IT13

        -

        -


         

        В керамические формы и по


         

        До 315


         

        IT13 / IT12


         

        IT14 / IT13


         

        --

        Св. 315

        IT14 / IT13

        IT15 / IT14

        --

        В кокиль и под низким давлением

        До 315

        Св. 315

        IT14 / IT13 IT15 / IT14

        IT15 / IT14 IT16 / IT15

        IT16 / IT15 IT17 / IT16


         

        В сырые и сухие

        До 630

        IT15 / IT14

        IT16 / IT15

        IT17 / IT16

        песчано-глинистые

        Св. 630

             

        формы

        до 2500

        IT16 / IT16

        IT17 / IT16

        IT18 / IT17

        Св 2500

        IT17 / IT16

        IT18 / IT17

        IT19 / IT18


         

      2. Основные правила для проектирования отливок


         

        Конструкция отливки считается технологичной, если она отвечает требованиям литейного производства и техническим условиям изготовления.

        К требованиям литейного производства относят: возможность изготовления отливки высокого качества доступными методами и приемами литейной технологии с учетом имеющегося оборудования.

        Основные правила проектирования отливки следующие:

        1. части ответственного назначения располагать в нижней части формы;

        2. по возможности располагать отливку в одной (нижней) полуформе;

        3. использовать минимально допустимое число стержней (по возможности не применять их);

        4. по возможности не крепить стержни в верхней полуформе;

        5. обеспечить хорошую вентиляцию стержней;

        6. не допускать наличия жеребеек (приспособления для крепления стержней) в ответственной части отливки;

        7. прибыли располагать только над массивными частями отливок или около них размещать боковые питающие бобышки;

        8. не допускать наличия узких болванов (сужений) как в форме, так и в стержнях;

        9. по возможности объединять заготовки с последующей их разрезкой.


           

      3. Разработка и технология получения литой заготовки


         

        Технология производства отливок слагается из следующих основных процессов:

          • изготовление моделей и стержневых ящиков;

          • приготовление формовочной и стержневой смеси;

          • изготовление форм и стержней;

          • сушка форм и стержней

          • расплавление металла и заливка формы;

          • выбивки отливок из форм и стержней из отливок.

        Разработка технологии состоит из выбора и обоснования материала заготовки (отливки), способа литья, способа изготовления литейной формы, конструирования модели и стержневых ящиков, сушильных плит, литниковой системы, разработки последовательностей технологических операций формовки, сборки форм, заливки их металлом, очистки и обрубки отливок, методов и способов контроля качества литой заготовки.


         

      4. Допуски размеров


 

Допустимые отклонения размеров отливок из сплавов черных металлов и приведены в таблице 3.


 

Технологичность конструкций отливок характеризуется условиями формовки, заливки формы жидким металлом, остывания, выбивки, обрубки. На выполнение основных операций технологического процесса получения отливки влияют уклоны, толщина стенок, размерные соотношения стержней н другие условия. Большое влияние на технологию последующей обработки отливок оказывает наличие в них отверстий. При массовом производстве в отливках обычно получают отверстия диаметром свыше 20 мм, при серийном - диаметром свыше 30 мм и при единичном - диаметром свыше 50 мм.


 

Обрабатываемые отверстия некруглого профиля выполняют литьем, если диаметры вписанных окружностей соответствуют приведенным выше нормам.

Уступы шириной более 25 мм и выемки глубиной свыше 6 мм на мелких и средних отливках делают литыми. Если отношение толщины стенок составляет 1:2, то переходные поверхности оформляют в виде галтелей, а для извлечения моделей и болванов делают уклоны (таблицы 7, 8, 9).


 

Таблица 7 - Радиусы закруглений в отливках


 


 

Эскиз Параметр

image

Наименьшие значения параметров для литья

в песчаные формы в кокили


 

R а/2

R1 а+R

с 2\/b-а

a/3

а+R 2\/b-а


 

b


 

R1


 

Примечания


 

R

R

R1

a

R R1 и R2

C1

h1 C2

h2


 

(a+b)/4 R+(a+b)/2


 

а/2 (a+b)/4 2\/b-а 8с 1,5\/b-а 12с


 

(a+b)/6 R+(a+b)/2


 

а/3 (a+b)/6 2\/b-а 

1.5 \/b-а

12c

  1. Значения радиусов литых галтелей принимать равными 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15,

    20, 25, 30,40 мм.

  2. Число значений различных радиусов галтелей, применяемых в одной отливке должно быть минимальным.

    Таблица 8 - Формовочные уклоны наружных поверхностей моделей или стержневых ящиков (по ГОСТ 3212-92)


     


     

    Измеряемая высота поверхности модели, мм

    Уклоны (не более) для моделей


     

    Измеряемая высота поверхности модели, мм

    Уклоны (не более) для моделей

    Выплавляе мых

    Оболочковы е

    Металли ческих

    Деревян ных

    Выплавляе мых

    Оболочковы е

    Металли ческих

    Деревян ных

    До 20

    0°20'

    0°45'

    1°30'

    3°00'

    Св. 200 до 300

    -

    0°20'

    О,30'

    0°30'

    Св. 20 до 50

    0°15'

    0°30'

    1°00'

    1°30'

    » 300 » 800 »

    -

    -

    0°20'

    0°30'

    » 50 » 100 »

    »100 » 200

    0°10'

    -

    0°30'

    0°20'

    0°45'

    0°30'

    1°00'

    О,45'

    »800 » 2000 »

    »2000

    -

    -

    -

    -

    -

    -

    0°20'

    0°15'

    Примечания 1 Формовочные уклоны выполняются: а) на обрабатываемых поверхностях — сверх припуска на механическую обработку путем увеличения отливки; б) на необрабатываемых поверхностях, которые не сопрягаются с другими деталями, путем одновременного увеличения и уменьшения размеров отливки; в) на необрабатываемых поверхностях, которые сопрягаются с другими деталями, путем уменьшения, увеличения или одновременного увеличения и уменьшения размеров отливки. 2 Уклоны местных небольших утолщений (бобышек, планок) следует принимать 30-45°. 3 В ребрах жесткости уклон следует делать до 5-8°.


     


     

    92)

    Таблица 9 - Формовочные уклоны литейных болванов (по ГОСТ 3212-


     

    Измеряемая высота пове- рхности модели Н, мм

    Уклоны (не более) для моделей

    Измеряемая высота пове- рхности модели Н, мм

    Уклоны (не более) для моделей

    Металли- ческих

    Деревян- ных

    Металли- ческих

    Деревян- ных

    До 20

    Св. 100 до 300

    0°45'

    1°00'

    Св. 20 до 50 »

    2°30'

    » 300 » 800 »

    0°30'

    0°457

    50 » 100

    1°30'

    »800

    -

    0°30'

    Примечания 1 Формовочные уклоны даны при d : h> 1. При соотношении d:h< 1, где d — диаметр или наименьшая ширина болвана, внутренние поверхности отливки могут быть выполнены стержнями. 2 Для болванов, снимаемых вместе с верхней опокой, формовочные уклоны могут быть увеличены в 2 раза. 3 Формовочные уклоны в стержневых ящиках рекомендуется выполнять равнозначными наружным уклонам

    Предъявляемые к отливке требования по точности размеров зависят от ее функционального назначения, т. е. от условий, в которых литая деталь и ее отдельные элементы будут эксплуатироваться.

    Рекомендуется следующее расположение полей допусков для размеров элементов отливки:

    • односторонне — «в тело» для элементов отливки, расположенных в одной части формы и не подвергаемых механической обработке; при этом для охватывающих элементов типа «отверстие» - «в плюс», а для охватываемых типа «вал» — «в минус»;


       

    • симметричное — для всех остальных размеров отливок, не подвергаемых, а также подвергаемых механической обработке.


       

      Точность размеров отливок зависит не только от технологии производства, но и от наибольшего габаритного размера отливки и ее сложности. При этом в одной и той же отливке точность отдельных се элементов неодинакова, так как зависит от условий формирования этих элементов в форме. Классификация отливок по сложности предусматривает деление их на пять групп сложности.


       

      image

      image

      image

      1) 2) 3)


       

      image

      image

      4)

      5)


       

      Рисунок 4 - Виды отливок для классификации по группам сложности

      (цифры у эскизов соответствуют группе сложности)

      К группе 1 относятся отливки простой геометрической формы: плоские, круглые или полусферические; наружные поверхности - гладкие или плоские с наличием невысоких ребер, бобышек, фланцев, отверстий, выступов и углублений. Наружные поверхности изготовляют без стержней или съемных частей. Внутренние полости неглубокие; выполняются преимущественно

      «болваном» или простым стержнем; внутренняя поверхность гладкая, без выступов или углублений (рисунок 4 - 1).

      К группе 2 относятся отливки в виде сочетания простых геометрических тел, плоские, круглые или полусферические, открытой коробчатой формы. Наружные поверхности плоские и криволинейные с наличием ребер, буртов, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями простой конфигурации с внутренними полостями большой протяженности или высокие. Отдельные части выполняются с использованием стержней (рисунок 4 - 2).


       

      К группе 3 относятся отливки открытой коробчатой, сферической, полусферической, цилиндрической и других форм. Наружные поверхности — криволинейные и плоские с наличием нависающих частей, ребер, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублениями сравнительно сложной конфигурации. Часть отливки выполняют с использованием стержней.


       

      Внутренние полости отдельных соединений геометрических фигур — большой протяженности или высокие с незначительными выступами или углублениями, расположенными в одном и двух ярусах со свободными широкими выходами полостей (рисунок 4 - 3).


       

      К группе 4 относятся отливки закрытой и частично открытой коробчатой и цилиндрической формы. Наружные поверхности - криволинейные и плоские с примыкающими кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами различной конфигурации. Многие части поверхности или вся поверхность могут выполняться стержнями. Внутренние части имеют сложную конфигурацию со значительными выступами и углублениями и расположены в один-два яруса и имеют один-два свободных выхода (рисунок 4 - 4).


       

      К группе 5 относятся отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности - криволинейные, сложной конфигурации, с примыкающими и пересекающимися кронштейнами, фланцами, патрубками и другими конструктивными элементами. Для получения наружной поверхности могут применяться стержни. Внутренние полости имеют сложную конфигурацию с криволинейными поверхностями, пересекающимися под различными углами, с выемками и выступами (рисунок 4 - 5).

      В зависимости от условий формирования элементов отливки в форме установлено три вида размеров (рисунок 5):


       

      ВР1 — размеры элементов отливки, образованные одной частью формы или одним стержнем (рисунок 5 а - размеры L1, L2, d1, dи размер L);


       

      ВР2 - размеры элементов отливки, образованные двумя полуформами, а также перпендикулярные плоскости разъема (рисунок 5 а размеры D1 , D2, и размер H);


       

      ВРЗ — размеры элементов отливки, образованные тремя или более частями формы, несколькими стержнями или подвижными элементами формы, а также толщины стенок, ребер, фланцев (рисунок 5 б - размеры h1, hи размеры b1, b2, b3).


       

      image

      3 4 5

      1 5 6


       


       

      2


       

      а—отливка, полученная со стержнями; б – отливка, полученная с болваном


       

      1 – верхняя полуформа; 2 – нижняя полуформа;

  3. – первый стержень; 4 – второй стержень; 5 – отливка; 6 - болван Рисунок 5 - Размеры отливки со стержнем (а) и с болваном (б)


 


 

О 326

 

Точность размеров конкретной отливки (рисунок 6) зависит от ее сложности, наибольшего габаритного размера, вида размера и условий производства.


 

image


 

Рисунок 6 - Эскиз отливки ступица заднего колеса


 

Квалитеты точности для размеров отливок из черных и цветных сплавов выбирают по таблице 6.


 

О 326

 

326

 

326

 

image

Точность размеров отливки указывают непосредственно у каждого

image

326

размера или общей надписью.


 

1.3 Материал заготовок

Основным материалом машиностроения являются металлы.

Металлы – кристаллические тела, атомы которых расположены в геометрически правильном порядке, образуя кристаллы.

Все металлы подразделяются на два класса:

  1. черные

  2. цветные.

К черным относят сплавы на основе железа (сталь, чугун). Основные свойства черных металлов определяются количеством углерода. Сплавы с содержанием углерода до 2,14 % - стали, а выше – чугуны.

Цветные металлы подразделяют на тяжелые (Cu, Pb, Sn, Ni и др.), легкие

(Al, Mg и др.), редкие (W, Md), благородные (Ag, Au, Pt).

Цветные металлы обладают многими ценными свойствами, которые определяют применение их в промышленности. Однако, вследствие большой трудоемкости при их получении и высокой стоимости, объем их потребления в машиностроении незначителен и по возможности их стараются заменить черными металлами, пластмассами и синтетическими материалами.


 

      1. Свойства металлов


         

        При выборе материала для конструкции исходят из комплекса свойств, которые подразделяют на механические, физико-химические, технологические и эксплутационные.

        К механическим относят:

        • прочность;

        • твердость;

        • износостойкость;

        • пластичность.

        Прочность – способность материала сопротивляться деформации или разрушению. Показателем прочности является предел прочности:


         

         d = Р/ F0


         

        где Р – нагрузка разрушения стандартного образца, Н;

        2

        F0 - площадь поперечного сечения, мм .

        Пластичность – способность твердых тел изменять форму и размеры без разрушения под действием внешней нагрузки. Пластичность определяется максимальным относительным удлинением при разрыве:


         

         = ((ll0 )/l)100 %

        где - длина после разрыва, мм;

        l0 - первоначальная длина, мм.

        Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела, например шарика.

        Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием поверхностного трения.

        К физико-химическим свойствам относят:

        • температуру плавления;

        • плотность;

        • электро- и теплопроводность.

        К технологическим свойствам относят их способность поддаваться различным способам обработки (литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость режущими инструментами).


         

        1. Структура металла


           

          Все металлы, как и большинство твердых материалов, имеют кристаллическое строение. Характерным признаком кристалла является твердое состояние до температуры плавления, причем плавление - процесс изотермический.

          В кристаллической решетке можно выделить элементарный объем, состоящий из минимального количества элементарных частиц (атомов, ионов, молекул), который многократно повторяется.

          От характера взаимодействия частиц зависят электрические, магнитные, тепловые, оптические свойства материала, его температура плавления, испарения и другие свойства.

          Существует 7 разновидностей кристаллических решеток, а для металлов наиболее характерны три:

          • объемно-центрированная кубическая (ОЦК), ее имеет Cr, W, Mo;

          • гранецентрированная кубическая (ГЦК), ее имеет Ni, Cu, Al;

          • гексагональная плотноупакованная (ГПУ), ее имеет Ti, Zn.

            Кристаллическая решетка характеризуется расстоянием по осям

            координат (а, в, с - период решетки), углами между ними ( ,

              ) и

            секущей плоскостью, характеризуемой величиной обратной к периоду при пересечении с соответствующей осью, изменяется в пределах 0, 1 и 2, обозначается, например, (111) или (102).

            Фактически, между атомами соединяющих линий нет, атомы соприкасаются электронными оболочками и находятся в постоянном движении (колеблются).

            Всем кристаллам присуща анизотропия (неравномерность) свойств по разным направлениям, однако она сильно проявляется в монокристаллах.

            Сплавы в большинстве своем представляют поликристаллы, причем каждый кристалл расположен хаотично, а в целом они образуют поликристалл, в котором отсутствует анизотропия свойств.

        2. Методы исследования структуры металлов и сплавов


           

          Для изучения строения металлов и сплавов в современном металловедении используют разнообразные методы исследования, наиболее часто применяют три метода:

          • макроскопический;

          • микроскопический;

          • рентгено-структурный метод анализа.

            Макроскопический анализ применяют для изучения макроструктуры, метод позволяет определить общую картину строения металла в больших объемах.

            Макроанализ проводят по излому (хрупкий, вязкий, усталостный) и на специальных макрошлифах путем травления специальными реактивами (выявляется фазовая и химическая неоднородность, текстура деформации и дефекты, нарушающие сплошность металла).

            Микроанализ применяют для изучения микроструктуры, а между ней и многими свойствами металла существует прямая качественна связь. Он позволяет определить величину и форму зерен, выявить структуру, характерную для некоторых видов обработки, обнаружить мельчайшие пороки металла (микротрещины, мельчайшие включения и т. д.). Для этого анализа готовят микрошлиф (шлифуют, полируют, подвергают травлению специальными реактивами или тепловым травлением (окислением)). Проводят исследования на металлографическом микроскопе, а также на электронном микроскопе в проходящем или отраженном (растровом) свете.

            Рентгеноструктурный анализ: узкий пучок монохроматических рентгеновских лучей подают на исследуемый образец. Он отражается от атомных плоскостей, на фотопластине образуется система концентрических окружностей. Число и взаимное расположение окружностей и их интенсивность позволяют установить расположение атомов в кристаллическом теле и рассчитать расстояние между ними. Сравнивая рентгенограммы до и после обработки, можно выявить изменения в образце.

            Наряду с указанными анализами проводят и физические методы исследования, т.к. по изменению физических свойств можно судить о превращениях в сплавах, которые протекают в сплаве при его обработке или изменении состава. Чаще рассматривают зависимость физических свойств от температуры состава и времени.

            Термический анализ – по кривым нагрева или охлаждения наблюдают фазовые превращения.

            Дилатометрический метод – основан на изменении объема при фазовых превращениях (наблюдается резкий изгиб прямой удлинения).

            Электрометрический метод – измерение электросопротивления при фазовых изменениях скачек.

            Также используют методы: магнитометрический, механических испытаний, радиоактивных изотопов (меченых атомов), люминесцентный, ультразвуковой.

        3. Дефекты решетки


           

          Реальные кристаллы отличаются от идеальных наличием в них дефектов.

          Такие дефекты называются дислокацией и они бывают:

          • нульмерные (точечные),

          • одномерные линейные,

          • двумерные поверхностные,

          • трехмерные объемные.

          Причиной дислокаций являются искажения кристаллической решетки, проявляющиеся в виде лишнего атома - дислокация внедрения (рисунок 7 б), или его недостатка - дислокация вакансии (рисунок 7 в), либо наличие в решетке другого (примесного) атома - дислокация замещения.


           

          image

          image

          image а)


           

          б) в)

          а) – без дефектов; б) – дислокация «внедрения» и в) – «вакансии»


           

          Рисунок 7 – Модель кристаллической решетки и виды дислокаций

          У линейных дефектов их длина значительно больше толщины, у поверхностных – длина и ширина больше толщины, а у объемных дислокаций значительны длина, ширина и толщина (сколы, трещины). Дислокации существенно сказываются на свойствах материала.

          Характерным признаком кристалла является твердое состояние до температуры плавления, причем процесс плавления происходит при постоянной температуре.

          В реальном металле кристаллическая решетка состоит из огромного количества ячеек.


           

      2. Физические методы контроля качества металлов


         

        Физические методы контроля качества металлов (дефектоскопия) осуществляются без их разрушений. В основе методов лежат проникающие излучения. Метод позволяет выявить внутренние дефекты (газовые и усадочные раковины, не провар, трещины и т.д.) в готовых изделиях (слитках, сварных соединениях) без их разрушения. Используют рентгеновские и гамма лучи. Последние направляют на изделие, за которым находится устройство для регистрации интенсивности излучения прошедшего через изделие (фотопленка, светящийся экран, ионизационная камера). При наличии дефектов поглощение лучей будет не одинаковым по сечению, по различию судят о размерах и характере дефекта.

        Другой вид дефектоскопии – магнитный контроль, выявляет на поверхности стальных изделий трещины, волосовины, неметаллические включения. В местах дефекта намагниченного изделия оседает магнитная

        суспензия (частицы

        Fe3O4

        в трансформаторном масле).

        Люминисцентный метод выявляет поверхностные дефекты (трещины, поры, рыхлость). Метод основан на усилении видимости дефектов при облучении их ультразвуковыми лучами и используют эффект свечения некоторых жидкостей. Изделия погружают в жидкость, потом лишнюю жидкость удаляют, поверхность посыпают порошком (тальком), порошок извлекает жидкость из полости дефекта и при его облучении ультрафиолетовыми лучами наблюдают свечение в темной комнате.

        Ультразвуковой метод контроля основан на способности УЗК отражаться от поверхности внутренних дефектов, бывает: тепловой и эхо метод. Тепловой метод основан на ослабление интенсивности прошедших ультразвуковых колебаний. Его применяют для изделий простой формы (листы, трубы, подшипники скольжения).

        Электроиндукционный метод контроля применяют для выявления поверхностных дефектов. Он основан на замере изменений возбуждаемых в металле вихревых токов под влиянием неоднородности металла.

        1. Методы механических испытаний


           

          Все детали в процессе эксплуатации подвергаются воздействию внешних сил в той или иной мере. Нагрузки, действующие на деталь во время работы, весьма разнообразны, и они могут растягивать деталь или сжимать ее, изгибать или создавать кручение. При этом воздействия могут осуществляться плавно, постепенно (статически) или мгновенно (динамически). Поэтому важным свойством материалов является прочность при данном виде нагружения. Она характеризуется максимальной нагрузкой, которую выдерживает материал не разрушаясь. Воздействуя на деталь, внешние нагрузки изменяют ее форму, то есть - деформируют.

          Если к детали приложены сравнительно небольшие силы, под действием которых атомы в кристаллической решетке смещаются на расстояния меньше межатомных, то после прекращения действия внешней силы деталь принимает свою первоначальную форму, то есть атомы возвращаются в устойчивое положение, и деформация исчезает. Свойство материалов принимать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил называется упругостью, а деформация, исчезающая после снятия нагрузки, получила название упругой.

          Если к заготовке приложены большие усилия, под действием которых атомы в кристаллической решетке сместятся на расстояния больше межатомных, тогда они занимают новое устойчивое положение, соответствующее положению атомов соседнего ряда. После прекращения действия приложенной силы деформация не исчезает, и заготовка остается деформированной. Такая деформация называется пластической.

          Способность материала деформироваться, под действием внешних нагрузок не разрушаясь, и сохранять измененную форму после прекращения действия усилий называется пластичностью. Таким образом, пластичность - это возможность металла изменять форму или деформироваться без нарушения целостности при обработке давлением.

          Оценка качества металла при исследовании его пластичности производится визуально по состоянию поверхности. При этом проводят испытания на изгиб, испытания на перегиб лент, листов и полос толщиной до 4 мм, испытания на расплющивание, причем некоторые технологические пробы, используемые для исследования металлов, стандартизированы.

          Материалы, не способные к пластическим деформациям, называются хрупкими. Такие материалы при значительной нагрузке или под действием ударных нагрузок разрушаются внезапно.

          Для того, чтобы узнать, удовлетворяет ли деталь предъявляемым к ней требованиям, производят специальные испытания. Вид испытания и характер его проведения указывают в технических условиях или на чертеже детали. Наибольшее распространение получили следующие виды механических испытаний: на растяжение, на ударный изгиб и ударную вязкость, на выносливость, на твердость, на жаропрочность.

          Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению при воздействии внешних сил. Они зависят от рода материала, его обработки, внутреннего строения, формы изделия и ряда других факторов. Их определяют путем испытания образцов.

          Испытания бывают: динамические, статические, циклические.

          Статические испытания – это испытания на растяжение, характеризуют упругость и пластичность и определяют пределы пропорциональности.

          Испытания текучести и прочности, и испытание на твердость (способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого более твердого тела) просты. Быстро проводятся и не разрушают изделия, поэтому широко используются.

          Твердость по Бринелю определяют вдавливанием шарика. Ее обозначают НВ, значение твердости определяют расчетом по диаметру лунки оставленной шариком и приложенной нагрузки. Они также приведены в таблицах.

          Твердость по Роквелу – вдавливают алмазный конус с вершиной 1200

          или

          малый (  1.59 мм) шарик, твердость определяют по глубине внедрения. Его проводят в два приема, сначала на малой нагрузке (10 кг), а затем основная нагрузка (90 кг для шарика, 60 и 140 кг для конуса). Обозначают HR с добавлением индекса шкалы (С, В, А). Для перевода твердости по Роквелу в твердость по Бринелю пользуются специальными графиками или таблицами.

          Твердость по Виккерсу – твердость тонких поверхностных слоев,

          вдавливают четырехгранную алмазную пирамиду с углом

          1360

          малыми

          нагрузками (5, 10, 20, 30, 50, 100 и 120 кг), затем с микроскопом определяют площадь отпечатка по длине диагонали. Обозначают HV, единицы измерения совпадает с НВ и являются МПа.

          Микротвердость – вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой от 1 до

          200 гр. Используют для определения твердости тонких покрытий.

          Испытание на ползучесть также относится к статическим испытаниям. Ползучесть – способность металла изменять, хотя и медленно, форму и размеры под действием сравнительно небольшой нагрузки и температуры. Испытания проводят в печи, нагружая образцы, и строят график «удлинение- время». По полученным данным определяют предел ползучести.

          Испытания на ударную вязкость – наиболее применяемое испытание из всех динамических, позволяет определить степень сопротивления материала разрушению при ударной нагрузке. Испытания проводят на специальной установке. Образец сечением 10 х 10 мм надрезают с одной стороны на 2 мм, устанавливают на опоры поднимают маятник на определенную высоту и дают свободно падать. После разрушения образца маятник поднимается на

          определенный угол, по которому определяют (из таблиц) ударную вязкость

          ak .

          Испытания на усталость. Усталостным разрушением называют явление разрушения металлов под действием повторных или знакопеременных напряжений, причем усталостное разрушение может наступить при значении напряжения меньше предела прочности и даже текучести. Сопротивление усталости называют выносливостью. Усталость наступает при превышении предела выносливости.

        2. Технологические испытания


 

Основные машиностроительные материалы - металлы и сплавы. Они обладают многими свойствами, обусловленными, в основном, их внутренним строением. Изменяя строение металлов и сплавов можно изменять их свойства в необходимом направлении, то есть расчетливо управлять свойствами. Мягкий и пластичный металл или сплав можно делать твердым, хрупким и наоборот. Конструкционные материалы удобно рассматривать по группам с близкими свойствами и применением. Из них важнейшими являются сплавы железа. К какой группе должен относиться материал изделия, конструктор определяет до начала конструирования, как правило, без специальных расчетов, на основании представлений о размерах, форме, рабочих температурах, действующих нагрузках, способе изготовления и общей стоимости конструкции. Лишь после выбора группы материала возможно конструирование, уточнение способа изготовления и окончательный выбор марки материала.


 

    1. Литейные сплавы и их применение


       

      Литейные сплавы получают сплавлением двух или нескольких металлов и неметаллов. Такие сплавы должны обладать хорошей жидкотекучестью и теплопроводностью, повышенной пластичностью и др. Практическое значение литейных сплавов определяет то, что они по некоторым свойствам (прочности, твердости, способности воспроизводить очертания литейных форм, обрабатываемости режущим инструментом и др.) превосходят чистые металлы. Важное место в литейном производстве занимают сплавы с особыми физическими свойствами (например, электропроводностью, магнитной проницаемостью и др.).


       

      Сплавы в зависимости от химического состава отличаются друг от друга температурой плавления, химической активностью, вязкостью в расплавленном состоянии, прочностью, пластичностью и другими свойствами. Для производства фасонных отливок применяют серые, высокопрочные, ковкие и другие чугуны, углеродистые и легированные стали, сплавы алюминия, магния, меди, титана и др.


       

      1. Литейные свойства сплавов


         

        Не все сплавы в одинаковой степени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить отливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с определенными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным

        свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.


         

        Жидкотекучесть — способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме, и она зависит от многих факторов. Например, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть. Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов: с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содержания фосфора, кремния, алюминия, углерода - увеличивается.


         

        В зависимости от жидкотекучести сплава выбирают минимальную толщину стенок отливок. Например, при изготовлении мелких отливок из серого чугуна в песчаных формах минимальная толщина стенок составляет 3— 4 мм, для средних — 8—10 мм, в для крупных — 12—15 мм; для стальных отливок, соответственно, 5—7, 10—12, 15—20 мм.


         

        Усадка — процесс уменьшения объема отливки при охлаждении, начиная с некоторой температуры жидкого металла в литейной форме до температуры окружающей среды. Усадка протекает в жидком состоянии, при затвердевании в процессе кристаллизации и в твердом состоянии. Различают линейную и объемную усадки, которые определяют в процентах. Величина усадки сплавов зависит от их химического состава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Наименьшую линейную усадку имеет серый чугун (0,9—1,3 %) и алюминиевые сплавы — силумины (0,9—1,3 %). Стали и некоторые сплавы цветных металлов имеют усадку от 1,8 до 2,5 %. Изготовлять отливки из сплавов с повышенной усадкой сложно, так как в массивных частях отливки образуются усадочные раковины и усадочная пористость. Для предупреждения образования усадочных раковин предусматривают установку прибылей — дополнительных резервуаров с расплавленным металлом для питания отливок в процессе их затвердевания.


         

        Напряжения в отливках возникают вследствие неравномерного их

        охлаждения и механического торможения усадки. Они характерны для отливок с различной толщиной стенок. При затвердевании температура отливки в массивных частях выше, чем снаружи или в тонких сечениях. Поэтому усадка в отдельных местах по величине различна, но так как части одной и той же отливки не могут изменять свои размеры независимо друг от друга, то в ней возникают напряжения, которые могут вызывать образование трещин или коробление. Для предупреждения образования больших напряжений и трещин необходимо в конструкции литой детали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости. Трещины довольно часто образуются в отливках из углеродистых и легированных сталей, сплавов магния и многих алюминиевых сплавов (подробнее о дефектах см. раздел 5).


         

        Газопоглощениеспособность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с повышением температуры твердого сплава она увеличивается незначительно, несколько возрастает при плавлении и резко повышается при перегреве расплава. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, и в результате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.

        Ликвация — неоднородность химического состава в различных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендритную (внутризеренную). Зональная ликвация — это химическая неоднородность в объеме всей затвердевшей литой детали. Дендритная ликвация — химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.


         

      2. Сплавы на основе черных металлов


         

        Статически нагруженные детали преимущественно изготавливают из чугуна, так как он дешевле стали. В зависимости от состояния углерода в сплаве чугуны подразделяют на белые, серые, высокопрочные и ковкие.

        Белые чугуны – в них весь углерод связан с железом в виде цементита. Подразделяют на доэвтектические, эвтектические и заэвтектические. Из–за большого количества цементита эти чугуны твердые и хрупкие и для изготовления деталей машин практически не используются.

        Серые чугуны - в них углерод представлен в виде пластинчатого графита. Приняты следующие марки: СЧ 10, СЧ 15, СЧ 25, СЧ 35 (цифры показывают временное сопротивление при растяжении (в МПа), уменьшенное в 10 раз).


         

        Серый чугун (состав в %: 2,8—3,5 С; 1,8—2,5 Si; 0,5—0,8 Мп; до 0,6 Р и до 0,12 S) имеет достаточно высокую прочность, высокую циклическую вязкость, легко обрабатываем и дешев. Недостатком серого чугуна является низкая ударная вязкость и хрупкость. Прочность серых чугунов обусловлена пластинчатой формой графитовых включений и прочностью металлической основы, которая носит название ферритной, перлитной, ферритно-перлитной. Наименьшую прочность имеет ферритная структура, а наибольшую — перлитная. Из серого чугуна изготовляют детали с повышенной прочностью, работающие при высоких нагрузках или тяжелых условиях износа (станины станков, корпуса и крышки редукторов, шкивы и другие отливки).


         

        image

        а) б) в)


         

        а) — серого; б) — высокопрочного; в) — ковкого


         

        — пластинчатый графит; 2 — шаровидный графит;

        3 — хлопьевидный графит; 4 — феррит; 5 - перлит


         

        Рисунок 8 - Схемы микроструктур чугуна


         

        Высокопрочный чугун (состав в мас. %: 3,2—3,6 С; 1,6—2,9 Si; 0,4—0,9 Мп; не более 0,15 Р; не более 0,02 S; не менее 0,04 Мg) обладает высокой прочностью, пластичностью, хорошо обрабатывается. Высокие механические свойства этих чугунов получают обработкой расплавленного чугуна магнием или церием, при которой графит принимает шаровидную форму (рисунок 8 б). Высокопрочные чугуны имеют различную структуру металлической основы, в том числе ферритную, ферритно-перлитную, перлитную, что и обусловило их различную прочность. В высокопрочных чугунах графит имеет шаровидную форму (рисунок 8 б). Его марки ВЧ 35, ВЧ 45, ВЧ 60, ВЧ 80, ВЧ 100. Высокопрочные чугуны эффективно заменяют сталь во многих изделиях и конструкциях. Из него получают ответственные тяжелонагруженные детали: коленчатые валы, барабаны шахтных вагонеток, шатуны и др.

        В чугунах с вермикулярным графитом до 40 % графита шаровидного, а остальной в вермикулярной форме (в виде мелких тонких прожилок). Маркируют их - ЧВГ 30, ЧВГ 35, ЧВГ 40, ЧВГ 45.

        По механическим свойствам эти чугуны занимают промежуточное положение между серыми и высокопрочными чугунами. Из них изготавливают (отливают) блоки, поршни, гильзы и крышки цилиндров.

        В ковких чугунах (КЧ 30-6, КЧ 35-8, КЧ 37-12, КЧ 45-7, КЧ 60-3 и КЧ 80-

        image

        1,5) графит имеет хлопьевидную форму. Первая цифра, как и в других чугунах, указывают уменьшенное в 10 раз значение временного сопротивления при растяжении (в МПа), а вторая - значение относительного удлинения в процентах. Ковкий чугун (состав в масс. %: 2,4—2,8 С; 0,8—1,4 Si; менее 1 % Мп; примерно 0,2 Р; примерно 0,1 S) по прочности превосходит серые чугуны и имеет высокую пластичность. Получают ковкий чугун при отжиге отливок из белого чугуна (в белом чугуне углерод почти полностью находится в связанном состоянии в виде Fe3C) в течение 30—60 ч при температуре 900—1050 °С. При отжиге образуется графит в виде хлопьев (рисунок 8 в). В зависимости от условий отжига ковкий чугун может быть ферритным, ферритно-перлитным и перлитным. Из ковких чугунов изготавливают детали высокой прочности, работающие в тяжелых условиях износа, и способные принимать ударные и знакопеременные нагрузки (корпусов пневматического инструмента, ступиц, кронштейнов, звеньев цепей и других деталей).

        Жесткие, прочные, стойкие к удару и нагреву детали изготавливают из конструкционной углеродистой или легированной стали. По назначению стали бывают конструкционные, инструментальные и специальные.

        По качеству все стали подразделяют по содержанию серы и фосфора на обыкновенные (до 0,05 % S и 0,04 % Р), качественные (не более 0,04 % S и 0,035 % Р), высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % Р) и особовысококачественные (не более 0,015 % S и 0,025 % Р).


         

        Углеродистые стали (состав в масс. %: 0,12—0,6 С; 0,2—0,5 Si; 0,5—0,8 Мп; до 0,05 Р и до 0,05 S) имеют более высокие механические свойства, чем серый и ковкий чугуны. Структура литой стали состоит из перлита и феррита. Чем больше в ней перлита, тем выше прочность и ниже вязкость. Углеродистые стали применяют для изготовления различных цилиндров, станин прокатных станов, зубчатых колес и других изделий. Качественная углеродистая конструкционная сталь обозначается сотыми долями процента углерода, например, сталь 35 содержит 0,35 % углерода.


         

        Легированные стали отличаются от углеродистых составом легирующих, т. е. дополнительно добавленных элементов (хром, никель, молибден, титан и др.) или повышенным содержанием марганца и кремния. Легирующие элементы придают стали высокую коррозионную стойкость, жаропрочность и другие специальные свойства. Легированная конструкционная сталь обозначается буквенно-цифровым индексом, например, сталь марки 45ХН2А. Цифра 45- сотые доли процента углерода, буквы - обозначение легирующих элементов Х - хром, Н - никель, цифра 2-процентное содержание элемента в легированной стали, никеля 2 %, отсутствие цифры после буквы указывает, что количество легирующего элемента (хрома) ~1 %, обозначение других легирующих элементов Г - марганец, С - кремний, В - вольфрам, Т - титан, Ю - алюминий, Д - медь, М - молибден, Ф - ванадий, Б - ниобий, Р - бор, К – кобальт. Значение буквы А в маркировке стали зависит от места ее написания. В начале шифра она обозначает автоматную сталь, в середине шифра – количество азота в сплаве, в конце шифра - высококачественную сталь. Из легированных сталей получают турбинные лопатки, коллекторы выхлопных систем, различную арматуру и прочие подобные детали.

        Инструментальные стали бывают углеродистые, обозначают от У 7 до У 13 (цифры означают десятые доли процента углерода в сплаве) и легированные, например, 9ХС, ШХ9, ШХ15 и стали карбидного класса Х12М, Х6ВФ, в том числе и быстрорежущие (рапид) Р6М5 и Р18 (цифра после Р – процентное содержание вольфрама в сплаве).

      3. Сплавы на основе цветных металлов


 

Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочностью и пластичностью, их легко обрабатывать. Наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием (силумины), которые обладают повышенной коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и другими свойствами. Алюминиевые сплавы применяют при производстве блоков цилиндров, корпусов приборов и инструментов и т. п.


 

Магниевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью. Недостатком магниевых сплавов является низкая коррозионная стойкость. Для повышения механических свойств практически все магниевые сплавы обрабатывают (модифицируют) гексахлорэтаном, мелом и другими веществами. Из магниевых сплавов изготовляют корпусы насосов, приборов, инструменты и другие изделия.


 

Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, высокую коррозионную стойкость, хорошую обрабатываемость. Для изготовления отливок применяют оловянные и безоловянные бронзы и латуни. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных бронз.


 

По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянистые. Медные сплавы применяют при производстве арматуры, подшипников, гребных винтов, зубчатых колес и др. Алюминиевые, магниевые и медные сплавы широко применяют в приборостроении.

2 Способы изготовления отливок


 

Основными способами изготовления отливок является литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением и центробежное. Указанными способами можно изготовлять отливки в разовые формы (литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы) и в металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).


 

2.1 Характеристика и классификация способов литья


 

Существует много вариантов получения литых заготовок, каждый из которых имеет свое назначение и область применения.

Различают следующие виды форм:

а) разовые – служат для получения только одной отливки, после чего их разрушают. Для их изготовления используют песчано-глинистые смеси, в состав которых входит кварцевый песок от 85 до 90 %, огнеупорная глина от 8 до 14 %, вода и связующие (жидкое стекло, искусственные смолы и др.).

Разовые формы могут быть сырыми, сухими, поверхностно –

высушиваемыми и химически твердеющими.


 

Литейная форма чаще всего состоит из двух полуформ (рисунок 9).


 

image


 

image


 

1 – штыри; 2, 13 - металлические рамки (опоки); 3 - литниковая чаша и стояк; 4 - рабочая полость формы; 5 - вентиляционные каналы;

6, 12 - стержневые знаки; 7 - стержень; 8 – верхняя и 11- нижняя полуформы; 9 – выступы на модели для стержневых знаков; 10 – модель


 

Рисунок 9 – Песчаная разовая форма в сборе


 

Полуформы верхняя и нижняя 11 изготовлены из песчано-глинистой смеси в металлических рамках и 13 (опоках). В нижней полуформе с помощью модели 10 образована рабочая полость для получения отливки. Отверстие в отливке образует песчаный стержень 7, который прочно скреплен с формой с помощью стержневых знаков и 12. Выступы на модели предназна- чены для получения отпечатков стержневых знаков в форме.


 

Полуформы перед заливкой скрепляют штырями 1 или на верхнюю полуформу устанавливают груз. Для удаления газов, выделяющихся из песчано-глинистой смеси и расплава, при заливке в форме и стержне выполняют вентиляционные каналы 5. Расплав в рабочую полость формы заливают через литниковую систему — совокупность каналов, предназначенных для подвода расплава в полость формы и питания отливки при затвердевании.

б) полупостоянные – изготавливаются из смеси с высоким содержанием глины и высокоогнеупорных материалов. Их применяют чаще всего при производстве крупных и тяжёлых отливок простой конфигурации. При производстве отливок полость формы сохраняет свои очертания, получая лишь незначительные повреждения. Эти формы допускают многократную (до нескольких десятков раз) заливку металла с мелким ремонтом рабочей поверхности после получения каждой отливки.

в) постоянные – изготавливаются преимущественно из металла. Такие формы обеспечивают получение в одной форме нескольких тысяч, а иногда десятков тысяч отливок. Металлические формы – кокиль – применяют в серийном производстве, а также при специальных способах литья.

Область применения указанных способов определяется объемом производства, требованием по точности, шероховатости поверхности, технологическим свойствам литейных сплавов, экономической целесообразностью способа. Точность литых заготовок характеризуется величиной отклонения их по форме и размерам от размеров заданных чертежом. Чем меньше отклонение, тем точнее отливка.

    1. Литье в разовые формы


       

      Способы получение отливок в разовых формах различны, в том числе:

      • литье в сухие и сырые песчано-глинистые формы,

      • литье в оболочковые формы,

      • литье по выплавляемым моделям,

      • литье по растворяемым моделям и др.

        Литые заготовки, полученные в разовых формах, отличаются обширной номенклатурой и размерами. Допуски на размер находятся в пределах ± 0,5 до ± 0,7 мм, Для получения таких отливок необходима литейная форма. Ее изготовление - составляющее звено технологического процесса. В целом технологический процесс включает следующие операции:

      • разработка технологии; конструирование модели и стержневого ящика; изготовление модели.и ящика;

      • приготовление формовочной и стержневой смесей; изготовление литейных форм и стержней; плавка и подготовка металла; сборка литейных форм;

      • заливка форм металлом; охлаждение отливок; выбивка отливок и стержней;

      • очистка и обрубка отливок;

      • контроль качества отливок.

      Процесс изготовления литейной формы называют формовкой, которая складывается из ряда операций, выполняемых с оснасткой.

      Схема технологического процесса получения отливок в песчаных разовых формах показана на рисунке 10.


       

      image


       

      Рисунок 10 – Схема технологического процесса получения отливок в песчаных разовых формах

      Для образования рабочей полости литейной формы используют оснастку, включающую модельный комплект. Модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литникковой системы. Оснастка содержит сушильные плиты, опоки и щитки.

      Модель - формообразующее приспособление, которым получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливок. Их изготавливают из дерева, пластмасс или металла.

      Стержневой ящик – приспособление, в котором изготавливают стержни из смеси песка и глины.

      Сушильные плиты для стержней - приспособления, на котором сушат стержни для сохранения их формы.

      Опоки - жесткие рамки, в которых формируют смесь, их, как правило, 2 и при сборке они образуют единую форму.

      При получении формы необходим расчет модели и стержней, установку литниковой системы для подвода расплава, а также выпора для выхода газов.


       

      1. Модели


         

        Литейная модель (рисунок 11) — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.


         

        Модели бывают неразъемные, разъемные и специальные. У литейной формы имеется рабочая часть – полость, в которой застывающий расплавленный металл приобретает очертания и размеры литой заготовки. Для получения в форме такой полости необходимо иметь модель. Конструкция модели должна обеспечить лёгкость выемки её из формы, поверхность модели должна быть прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси.


         

        Для чугунных отливок модели окрашивают в красный цвет, для стальных – в серый или синий, для цветных сплавов – в жёлтый. Стержневые знаки на модели окрашиваются в чёрный цвет.


         

        Модели изготавливают из дерева, цемента, гипса, пластмасс, полистирола, стеариновых и металлических сплавов.

        Наиболее широко применяют деревянные модели. Размеры модели превышают размеры деталей на величину усадки, которая составляет: для стали – 2 %, для чугунов – 1 %, для цветных сплавов от 1,2 до 1,5 %.

        Неразъёмные модели служат для получения несложных отливок, формовка которых может осуществляться в одной из половин формы

        (рисунок 11 а). Разъёмные модели применяются при производстве отливок более сложной конфигурации, состоящих из двух и более частей. Соединение половин модели производится с помощью шипов (рисунок 11 б).


         

        image

        а)


         

        б)


         

        а) – неразъемные; б) – разъемные Рисунок 11 - Виды моделей

        Деревянные модели изготавливают традиционными методами обработки древесины на деревообрабатывающих станках, что связано с определенными трудностями при необходимости получения на поверхностях сочетания сложных геометрических фигур.

        Авторами работы разработаны способы получения моделей методом выжигания /13, 14/. На рисунке 12 показана модель токоподвода машины для контактной сварки изготовленная разработанным авторами способом.


         

        image

        6


         

        1 –параболический участок рабочей поверхности контакта; 2 – цилиндрический участок; 3 – участок усеченного конуса;

        4 - второй цилиндрический участок; 5 – шестигранный участок; 6 – модель

        Рисунок 12 – Модель токоподводящего контакта машины контактной сварки


         

        Способы заключаются в том, что рабочую поверхность моделей получают выжиганием нагретой мастер моделью.

        Способ получения модели осуществляется следующим образом.

        Из деревянных досок или бруса вырезают контуры изготавливаемой модели. Изготавливают металлическую мастер-модель, которую затем нагревают в камерной печи до 700 0С и укладывают на изготавливаемую модель. За счет высокой температуры мастер модели в деревянной модели выжигается требуемая рабочая поверхность. При необходимости нагрев осуществляют в несколько приемов, причем, во время нагрева мастер модели с рабочей поверхности изготавливаемой модели удаляют сгоревшую и обуглившуюся древесину.


         

      2. Стержни


         

        Отверстия и полости в литых заготовках образуются с помощью стержней, которые вставляются в форму при её сборке. Конфигурация стержня соответствует конфигурации отверстия, полости. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках из стержневой смеси, которая от формовочной смеси отличается повышенной прочностью, газопроницаемостью, противопригарностью. Деревянный стержневой ящик показан на рисунке 9, 13 в.

        А - А


         

        image

        а) — литейная форма; б) — модель со стержневыми знаками; в) — стержневой ящик

        1 – нижняя и верхняя полуформы литейной опоки; 3 - литейный стержень; 4 - металлические штыри; 5 – выпор; 6 - литниковая система


         

        Рисунок 13 - Эскизы литейной формы и модельной оснастки


         

        Стержневые ящики бывают неразъемные и разъемные. Ящик представляет собой коробкуоткрытую с одной стороны.


         

        Рабочая полость ящика заполняется стержневой смесью.


         

        Способ изготовления стержней зависит от типа производства. В мелкосерийном и единичном производстве сложные по форме и большие по размерам стержни изготовляют вручную в деревянных стержневых ящиках, а в серийном и массовом производстве — на специальных машинах в металлических стержневых ящиках.

        Для удержания стержня в нужном положении, во время заливки формы металлом, его вставляют в специальные углубления в форме, которые образуются выступами на модели, так называемыми знаками (рисунок 13 – б).


         

        Литейная форма (рисунок 13 а) представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, в которую заливают расплавленный металл.


         

        Литейная форма обычно состоит из верхней и нижней 1 полуформ, которые изготовляют в литейных опоках 7 — приспособлениях для удержания формовочной смеси. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют при помощи металлических штырей 4, которые вставляют в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют при помощи выступов, входящих в соответствующие впадины в полости формы.


         

        Модельная плита позволяет оформить разъем литейной формы. На ней располагают различные части модели, включая модели литниковой системы, и набивают одну из парных опок.

      3. Литниковая система


         

        Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, обеспечения ее заполнения и подпитывания отливки при затвердевании (компенсации усадки) изготовляют литниковую систему 5 и рисунок 13.


         

        Литниковой системой (рисунок 14) называют каналы в форме, предназначенные для подачи в форму расплавленного металла. Литниковая система должна препятствовать попаданию неметаллических включений в тело отливки.

        image5

        1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 - отливка Рисунок 14 - Литниковая система

        Литниковая система состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, и питателей 4. Литниковая чаша 1 является сосудом, в который расплавленный металл поступает из разливочного ковша. Она служит для предотвращения разбрызгивания жидкого металла и размывания формы, смягчения удара струи металла. Стояк 2 - вертикальный канал в верхней полуформе, соединяющий литниковую чашу со шлакоуловителем 3. Шлакоуловитель – горизонтальный канал трапециевидного сечения, обычно выполняемый в верхней полуформе. Он служит для задержания шлака, неметаллических включений и облегчения заполнения формы металлом при наличии большого количества питателей 4. Питатель – канал, служащий для непосредственного подвода металла к полости формы.


         

        Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служит выпор 2 (рисунок 15), который выполняют в верхней полуформе над наиболее массивными частями отливки.


         

        В форме предусматривают вентиляционные каналы для выхода газов, образующихся при заливке расплавленного металла. После извлечения модели форму отделывают и производят сборку опок. В зависимости от заливаемого металла, размеров и массы отливки применяют сырые, сухие и химически

        твердеющие формы, которые изготовляют вручную, на формовочных машинах и на автоматических линиях формовки.


         

        Для заливки массивных частей отливки и ее подпитки при охлаждении литниковая система кроме литниковой чаши 3 содержит воронки 2 на выпорах по которым подводят расплав к отливке (рисунок 15).


         

        image

        image

        2 4 3


         

        7

        6 5 1


         

        1 – шлакоуловитель; 2 – воронка и выпор; 3 – литниковая чаша; 4 - стояк; 5 –

        питатели; 6 – отливка с отверстием 7

        Рисунок 15 – Вид отливки с литниковой системой


         

        Литниковая система также содержит шлакоуловитель 1, питатели 5, соединяющих рабочую полость с чашей и стояком, выпоров 2, служащих для вывода газов из формы, контроля заполнения ее расплавом, а иногда и для заполнения форы расплавом.

      4. Литейные (формовочные и стержневые) смеси


 

image

Для изготовления литейных форм и стержней используют смеси. Основными компонентами являются пески и глины, причем смеси должны соответствовать особым условиям (обладать прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью, пластичностью, податливостью, легкой выбиваемостью) оптимальной теплопроводностью, минимальной гигроскопичностью, высокой долговечностью, Компоненты смеси должны быть дешевыми и обладать способностью к регенерации. В зависимости от свойств применяемого литейного сплава, размеров и сложности поковки выбирают формовочные смеси. Основа смеси – песок (SiO2 – кварцит), связующие – глина, вода, пртивопригарные добавки (уголь, мазут), добавки, повышающие газовыделение (опилки).


 

Для изготовления разовых форм используют пески (кварцевые, кварцево- полевошпатные и глинистые), различные связующие (глину, жидкое стекло, органические и неорганические крепители), противопригарные (тальк, графит, каменный уголь), высокоогнеупорные (магнезит, шамот, асбест), некоторые специальные (чугунную дробь, каустическую соду) и вспомогательные (модельные пудры, разделительные жидкости, клей) формовочные материалы. Из формовочных материалов смешиванием их в определенном соотношении и заданной последовательности получают формовочные и стержневые смеси.


 

Формовочные смеси делят на облицовочные, наполнительные и единые. Смеси содержат неорганические материалы: кварцевый песок, огнеупорную глину. Из органических материалов в них добавляют опилки, каменноугольную пыль, которые снижают пригар формовочной смеси к поверхности отливки.


 

Для форм мелких (до 100 кг) и средних (101—1000 кг) отливок наиболее часто используют единую смесь, которую полностью перерабатывают после каждого употребления.


 

Для форм крупных отливок от 1001 до 5000 кг) применяют облицовочную и наполнительную смеси. Облицовочными называют такие смеси, которые непосредственно прилегают к поверхности отливки. Смесь приготовляют с применением свежих материалов, образующих в форме слой толщиной 20—50 мм. При заливке формы облицовочная смесь непосредственно соприкасается с расплавом и, следовательно, находится в более тяжелых условиях, чем наполнительная. Поэтому облицовочная смесь должна обладать высокой прочностью и огнеупорностью.

Наполнительной называют смесь, используемую для наполнения формы после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполнительной смеси обычно входит от 90 до 98 % оборотной смеси и от 10 до 2 % свежих формовочных материалов.

Наполнительные смеси, поступающие после регенерации (переработки использованной формовочной смеси), применяют для изготовления остальной части формы. Наполнительные смеси должны обладать достаточной газопроницаемостью—способностью в уплотненном состоянии пропускать сквозь себя газы.


 

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовления литейных форм. В качестве исходных формовочных материалов используют формовочный кварцевый песок различной зернистости, литейные формовочные глины и вспомогательные материалы (мазут, графит, тальк, древесную муку и др.). Формовочные смеси представляют собой многокомпонентное сочетание материалов, соответствующее условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Их подразделяют на смеси для стальных, чугунных и цветных сплавов. Для изготовления отливок используют облицовочные, наполнительные и единые смеси.


 

Облицовочной называют смесь, из которой изготовляют рабочий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом, и его наносят на литейную модель слоем толщиной от 15 до 30 ммТакая смесь содержит от 50 до 90 % свежих формовочных материалов, а остальные 50—10

% — оборотная смесь, подготовленная для повторного употребления в качестве составляющей часта формовочной смеси.


 

Единой называют смесь, используемую одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смесей. В состав этой смеси входит 85—90 % оборотной смеси и 15—10 % свежих формовочных материалов. Единую смесь используют при механизированном производстве отливок.


 

Стержневые смеси представляют собой многокомпонентное сочетание материалов, соответствующих условиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных стержней.


 

Стержневые смеси для сложных стержней приготовляют из кварцевого песка с добавкой различных связующих материалов (олифы, сульфитно- спиртовой барды, синтетических смол и др.). Для простых крупных стержней

используют кварцевый песок с добавкой глины. Чтобы стержень не пригорал к отливке, в смесь вводят уголь, графит, мазут, а для обеспечения податливости стержней — древесные опилки и торф.


 

Широко применяют жидкие самотвердеющие смеси, обладающие способностью течь после приготовления и самопроизвольно отвердевать и упрочняться по всему объему. Такие смеси в течение 8—12 мин после приготовления обладают подвижностью и через 30—50 мин после заполнения стержневого ящика затвердевают. Формовочные и стержневые смеси должны обладать достаточной прочностью, высокой газопроницаемостью, пластичностью, достаточной огнеупорностью и податливостью, пониженной газотворной способностью и другими свойствами.


 

При приготовлении формовочных и стержневых смесей сушат и просеивают кварцевые пески и формовочные глины, удаляют брызги металла и каркасы стержней из отработанной смеси, перемешивают составляющее в специальных смесителях с последующим вылеживанием в отстойниках для равномерного распределения влаги и последующего разрыхления.

2.3 Изготовление отливок в разовых формах


 

Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.


 

image


 

а)—раскрытая изготовленная форма (в нижнюю полуформу вложен стержень); б)—чертеж обработанной детали; в) —разъемная деревянная модель

со стержневыми знаком; г) — разъемный деревянный стержневой ящик, д) — стержень из специальной смеси с металлической арматурой,

е) — отлитый тройник с литниковой системой

1 — литниковая чаша, 2— стояк литника, 3 - шлакоуловитель 4--питатель, 5—выпоры для удаления из формы воздуха и газов при заливке

(с затвердевшим в них металлом)


 

Рисунок 16 – Элементы для формовки и отливка чугунного тройника

После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку.


 

      1. Способы формовки


         

        Изготовление песчано - глинистой формы для получения отливки осуществляют ручным или машинным способом.


         

        1. Ручная формовка


           

          Ручную формовку применяют в единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок.


           

          В большинстве случаев песчаные разовые формы изготовляют в парных опоках по разъемной модели. Последовательность выполнения основных технологических операций формовки в парных опоках показана на рисунке 17. Изготовление литейных форм — формовка — сводится к уплотнению формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придания ей необходимой прочности.


           

          image image image


           

          а) — изготовление нижней полуформы; б) — изготовление верхней полуформы; в) — извлечение моделей из нижней подуформы; г) — извлечение

          моделей из верхней полуформы; д) — сборка формы


           

          Рисунок 17 - Последовательность операций формовки в парных опоках

          Ручное изготовление формы – трудоёмкая и наиболее сложная операция, от которой в значительной мере зависит качество отливок и ее, в основном, используют в единичном и мелкосерийном производстве, а в серийном и массовом производствах – на машинах. Для каждого наименования отливки изготавливается своя литейная форма.


           

          Кроме того, в парных опоках производят формовку по неразъемной модели (рисунки 18, 19).


           

          image


           

          Рисунок 18 – Неразъемная модель

          image

          а)


           


           

          7


           

          б)


           

          а) – формовка в опоках; б) –– форма в сборе

          1 – подмодельная плита; 2 – неразъемная модель; 3 – нижняя опока; 4 – подрез; 5 – выпор; 6 – литник; 7 – верхняя опока

          Рисунок 19 – Формовка по неразъемной модели с подрезкой формы Изготовление литейной формы в песчаном полу литейного цеха называют

          формовкой в почве. Для формовки в почве приготовляют основание—постель, которая должна быть горизонтальной и хорошо отводить газы при заливке. Формовку в почве применяют для неответственных отливок простой конфигурации и небольшой высоты, а также при литье ответственных деталей сложной конфигурации, имеющих большие габаритные размеры и массу до 100 т и более. Для крупных отливок массой в несколько десятков тонн формы изготовляют в специальных в кессонах (ямах, дно которых находится ниже уровня пола цеха в формовочном плацу цеха со стенками и дном из железобетона и реже из кирпича).


           

          Когда нужно быстро изготовить одну или несколько отливок больших размеров и сократить время и средства на изготовление модели, то формовку осуществляют в почве по шаблонам. Шаблоны — это профилированные доски, с помощью которых получают необходимую полость формы.

          Наряду с обычной ручной формовкой в литейном производстве находит применение и машинная и механизированная формовка песчаных смесей.

          Доля ручной формовки- 25-30 % литейного производства (ЛП),

          машинная формовка позволяет повысить производительность в 15 – 20 раз.


           

        2. Машинные способы изготовления литейных форм


           

          В современных литейных цехах ручная формовка полностью заменена машинной, производимой (преимущественно) в опоках по модельному комплекту, который устанавливают на столах формовочных машин. На формовочных машинах механизировано уплотнение смеси в опоке и извлечение модели из формы.


           

          По способу уплотнения смеси формовочные машины делят на прессовые с верхним и нижним прессованием и машины, в которых смесь уплотняют пескометом или машины для прессования встряхиванием (рисунки 20, 21).


           

          image

          а) – верхнее и б) – нижнее прессование; в) - пескометом

          1 – прессующий пуансон; 2 – опока; 3 – головка пескомета Рисунок 20 – Схемы машинного уплотнения формовочной смеси


           

          image

          а) — заполнение опоки смесью, б) — верхнее положение стола при

          встряхивании; в) — нижнее положение стола при встряхивании;

          1 - цилиндр; 2 — поршень; 3 — стол; 4 — модельная плита; 5 — опока;

          — наполнительная рамка; 7 — выхлопные окна; 8 — торец цилиндра;

          9 — канал впуска сжатого воздуха в стенке поршня; 10 — канал впуска сжатого воздуха в стенке цилиндра


           

          Рисунок 21 - Схема процесса уплотнения смеси встряхиванием


           

          Все способы изготовления форм можно объединить в две группы: опочная и безопочная формовка. Формы в опоках изготовляют на машинах преимущественно встряхивающего и прессового действия (рисунок 22).


           

          image

          1 – смесь; 2 – опока; 3 – модель; 4 – стол; 5 - станина машины служащая цилиндром; 6 – поршень; 7 – воздушный подводящий и 8 выхлопной канал

          а) — встряхивающие машины; б) — машина с верхним прессованием; в) — машина с нижним прессованием; г) - диафрагменные машины; д) - прессование многоплунжерной головкой


           

          Рисунок 22 - Способы уплотнения формовочной смеси в опоках


           

          На встряхивающих машинах (рисунок 22 а) уплотнение смеси 1 в опоке на поверхности модели происходит благодаря кинетической энергии ударов стола о станину машины 5, которая одновременно служит цилиндром. Стол соединен с поршнем 6, который поднимается сжатым воздухом, поступающим в цилиндр через канал 7. При поднятии поршня выше выхлопного канала сжатый воздух выходит из полости цилиндра, поршень вместе со столом 4, модельюи опокой 2, наполненной смесью 1, падая, ударяется о станину машины 5. Для достижения желаемой плотности смеси циклы повторяются.


           

          На прессовых машинах (рисунок 22 б и в), имеющих гидравлический привод, уплотнение смеси происходит моделью или верхней колодкой благодаря статическому воздействию их на формовочную смесь, помещенную в опоку. Уплотнение прессованием со стороны плоской или профильной колодки 5, закрепленной на верхней траверсе машины, осуществляется с использованием наполнительной рамки 4, содержащей такое дополнительное количество смеси 7, которое необходимо для получения нужной плотности в опоке над моделью 3.


           

          Уплотнение прессованием со стороны модели (рисунок 22 в) происходит за счет сжатия смеси 1 между моделью и траверсой машины. Предварительно модель вместе со столом опускается в станину 5 машины. Образовавшееся в станине пространство и опока заполняются смесью. После этого модель столом поднимается и спрессовывает смесь, прижимая ее к верхней траверсе машины.


           

          На пневматических прессовых машинах (рисунок 22 г) универсальным уплотняющим элементом является эластичная диафрагма 4которая под воздействием сжатого воздуха в резервуаре 5 уплотняет смесь 1 в опоке на поверхности модели 3.

          Дифференциальное прессование многоплунжерной головкой изображено на рисунке 22 д. Прессующие колодки уплотняют формовочную смесь 1 над моделью (установленной на столе машины) в опоке под действием жидкости 6, которая заполняет корпус 5 прессующей головки и оказывает давление на поршни (плунжеры) 7, связанные штоками 8 с прессующими колодками 9. Дополнительный объем формовочной смеси, необходимый для уплотнения, помещен в наполнительной рамке 4. Многоплунжерная прессовая головка дает возможность развивать высокие давления на формовочную смесь и равномерно уплотнять ее по всему сложному контуру модели.


           

          При изготовлении форм применяют также машины с комбинированными методами уплотнения (прессование под высоким давлением в сочетании с пескодувным или встряхивающим прессованием с амортизацией удара). Для получения форм также используют и автоматические формовочные линии.


           

          После уплотнения формовочной смеси в опоке тем или иным способом полученную полуформу снимают с модели. Для облегчения этого процесса к модельной плите подключают вибраторы. Извлечение модели из полуформы осуществляется разными способами: протяжкой, штифтовым съемом, поворотом модельной плиты, опрокидыванием стола машины.

          В цехах массового производства отливок используют комплексные автоматизированные линии, где происходит изготовление и сборка форм, заливка их металлом, охлаждение и выбивка отливок из форм.


           

          Машинная формовка — основной метод изготовления литейных форм в парных опоках — осуществляется по модельным плитам. Машинная формовка позволяет механизировать уплотнение формовочной смеси в опоках и удаление модели из формы (самые трудоемкие операции), а также произвести вспомогательные операции.


           

        3. Пленочно-вакуумная формовка


           

          Новым направлением в ЛП является пленочно-вакуумная формовка. Она исключает смесеприготовительный участок и обеспечивает безопасную формовку

          Сущность способа показана на рисунке 23.


           

          image


           

          1 – перфорированная плита; 2 – модель; 3 и 6 – эластичная пленка; 4 – опока; 5 – кварцевый песок

          Рисунок 23 – Схема пленочно-вакуумной формовки Перфорированную модель 2 устанавливают на перфорированную плиту 1

          внутрь опоки 4 и накрывают эластичной пленкой 3, способной выдерживать без разрушения контакт с расплавленным металлом и обеспечивать чистую и гладкую поверхность отливке. Через модель и плиту отсасывается воздух, что способствует плотному прилеганию пленки к поверхности модели. После этого на поверхность пленки, обтянувшей модель, засыпают кварцевый песок 5 до верхнего края опоки 4. Для уплотнения песка применяют легкую вибрацию. Опоку 4, заполненную песком сверху, закрывают пленкой 6 и вновь отсасывают воздух из опоки, что приводит к уплотнению песка и плотному прилеганию пленки 6. Так изготовляют верхнюю и нижнюю полуформы, затем их собирают и заполняют металлом. Образовавшаяся отливка легко удаляется из песчаной формы, а наполнительный песок может быть многократно использован. При таком способе изготовления форм не требуется применения смесеприготовительного оборудования и дорогих материалов, входящих в состав формовочных смесей.


           

          В зависимости от типа производства, размеров отливки сборку форм осуществляют на конвейерах, сборочных стендах или плацу (специально отведенная площадка в литейном цехе). Перемещение и установка тяжелых стержней и наложение тяжелых полуформ механизированы.


           

          Наряду с машинным получением литейных форм в опоках широко применяют получение форм без опок.

        4. Безопочная формовка


 

На автоматических линиях пространство между полумоделями заполняется формовочной смесью и прессуется, причем каждая из полумоделей представляет собой одну из частей полуформы (верхняя - нижняя, левая - правая), которые, как бы, поменяны местами. После поднятия полумодели образуется часть двухсторонней формы. Пространство, между спрессованными частями образует литейную полость. Многократные повторения операций позволяют получить заготовки для пакетов из двухсторонних форм.

Принцип получения безопочных форм и отливок в них представлен на рисунке 24.


 

image

абА В в)

1 2


 

а) – получение двусторонней формы; б) – сборка пакета; в) – заливка формы металлом


 

1 и 2 – полумодели; 3 – бункер; 4 – плунжер гидроцилиндра;

5 – задвижка бункера; 6 - пакет из сомкнутых двусторонних форм; 7 – заливаемый металл; 8 - ковш

А – двусторонняя форма; Б – исходная формовочная смесь; В – отливки


 

Рисунок 24 - Схема изготовления безопочных форм с вертикальным разъемом и отливок в них


 

Безопочная формовка отличается высокой производительностью и экономичностью. При таком способе изготовления форм достигается достаточная точность отливок, сокращаются производственные расходы на изготовление опок, сокращаются площади цеха из-за отсутствия транспортных операций по передаче опок от выбивки к машинам. Упрощаются процессы выбивки отливок из форм.

Существует два типа автоматических машин, изготовляющих формы с вертикальным и горизонтальным разъемами. В безопочных формах может быть получена широкая номенклатура отливок, начиная от ключей дверных замков до блоков цилиндров двигателей малолитражных автомобилей.

Безопочные формы с вертикальным разъемом изготовляют на автоматах проходного и карусельного типов. Производительность первых автоматов достигает до 300 форм в час, а вторых – до 540 форм в час.


 

      1. Специальные способы литья


         

        В литейном производстве широко применяют специальные способы изготовления отливок, имеющие ряд преимуществ по сравнению со способом литья в песчаные формы. К таким особенностям относятся: возможность механизации и автоматизации производственного процесса; улучшение условий труда; увеличение производительности; значительное снижение расходов формовочных материалов (а иногда полное исключение их из процесса литья) и получение отливок с минимальными припусками на механическую обработку.

        К специальным видам литья относят литье в оболочные формы, литье по выплавляемым моделям, литье в кокиль, литье под давлением, центробежное, непрерывное и полунепрерывное литье, а также литье в керамические разъемные формы, литье вакуумным всасыванием, литье выжиманием, литье с направленной кристаллизацией, жидкая штамповка.


         

        1. Литье в оболочковые формы


           

          Оболочковая форма представляет собой две скрепленные рельефные полуформы с толщиной стенок от 5 до 15 мм. Технологический процесс получения оболочковой формы показан на рисунке 25.


           

          image


           

          1 - модельная плита; 2 – пульверизатор; 3 - электрическая печь; 4 - поворотный бункер; 5 - песчано-смоляная смесь;

          6 - образовавшаяся оболочка; 7 – толкатели; 8 – опорная плита Рисунок 25 - Последовательность изготовления оболочковых полуформ


           

          Формовка состоит из следующих операций:


           

          1) очистка металлической модельной плиты 1 и покрытие ее из пульверизатора специальным термостойким разделительным составом для легкого отделения и снятия оболочки с плиты;


           

          1. нагрев модельной плиты в электрической печи до температуры 220— 250 0С;


             

          2. установка и закрепление нагретой модельной плиты на поворотном бункере 4, содержащем песчано-смоляную смесь 5;

          3. поворот бункера с моделью на 180°, нанесение песчано-смоляной смеси на нагретую модельную плиту и формирование оболочки;


             

          4. возврат бункера с модельной плитой в исходное положение, удаление излишней песчано-смоляной смеси и снятие плиты с образовавшейся на ней оболочкой с бункера;


             

          5. поворот модельной плиты на 180° и установка ее в электрическую печь

            для окончательного отвердения оболочки при температуре до 350 °С в течение времени до 180 с;


             

          6. съем оболочки с модельной плиты с помощью толкателей 7 с опорной плиты 8.


           

          Аналогичным образом изготовляют вторую (парную) полуформу.


           

          Такие формы изготовляют из песчано-смоляной смеси на специальных полуавтоматических и автоматических машинах. Изготовление оболочковых форм основано на свойствах термореактивной смолы, плавиться при нагревании и обволакивать зерна песка. Затем смола затвердевает, связывая зерна песка, образует прочную оболочку.


           

          В полученные оболочковые полуформы устанавливают стержни. Соедение полуформ производят по фиксаторам, с помощью скоб, струбцин или склеиванием. Перед заливкой крупных отливок нижние полуформы обкладывают металлической дробью или песком, а верхние—нагружают, чтобы предупредить их размыкание. После охлаждения отливки ее выбивают из формы и направляют на последующую обработку.

          Литье в оболочковые формы обеспечивает получение точных отливок с чистыми (гладкими) поверхностями, уменьшение расхода формовочных материалов, сокращение производственных площадей, высокую производительность труда при изготовлении форм, возможность длительного хранения оболочковых форм и стержней, экономию металла из-за уменьшения расхода его на литниковую систему и прибыли, сокращение длительности процессов обрубки и очистки. При этом способе получения отливок расход формовочных материалов в 20 раз меньше, чем при литье в сырую формовочную смесь.

          К недостаткам литья в оболочковые формы относят высокую стоимость смолы, оснастки, оборудования, длительность доводки процесса. Способ литья в оболочковые формы применяют только в условиях крупносерийного и массового производства.


           

          Кроме оболочковых форм этим способом изготовляют оболочковые стержни, при изготовлении которых используют нагреваемые металлические стержневые ящики. При сборке форм полуформы склеивают специальным клеем на прессах, что обеспечивает высокую прочность шва.


           

          В промышленности внедрены многопозиционные автоматические машины и автоматические линии изготовления оболочковых форм и стержней. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность отливок, малую шероховатость поверхности, снижает расход формовочных материалов и объем механической обработки, повышает производительность труда. В оболочковых формах изготовляют отливки массой от 0,20 до 50 кг и толщиной стенок от 3 до

          15 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, тракторов, металлообрабатывающих станков и др.


           

        2. Литье по выплавляемым моделям


           

          Отливки по выплавляемым моделям характеризуются высокой точностью (допуски на размеры от ± 0,075 до ±0,2 мм) и возможностью получения сложных отливок. Модель получают из легкоплавкого материала, ее покрывают пленкой из огнеупорного материала. Затем из оболочки выплавляют модель. Оболочку прокаливают для придания прочности и огнеупорности, а затем заливают металлом. Основными составляющими выплавляемых моделей является парафин, стеарин, воск. Для изготовления выплавляемой модели легкоплавкий пастообразный состав запрессовывают в металлическую разъемную пресс-форму, изготовленную обычно из стали или алюминиевых сплавов, реже из гипса или пластмасс, и имеющую полость, которая по конфигурации и размерам точно соответствует модели отливки. После затвердевания модельного состава форму раскрывают и из нее извлекают модель.


           

          Таким образом, изготавливают в условиях массового производства в одной пресс-форме несколько моделей, соединенных каналами литниковой системы. Затем отдельные модели (звенья) устанавливают на металлический стояк 1 (рисунок 26 а) центральными втулками литниковых каналов 2. Нижнюю часть стояка закрывают колпачком 4, который изготовляют из модельного состава и припаивают к литнику верхней модели (звена).


           

          image


           

          а) - собранный блок выплавляемых моделей; б) - неразъемная форма в сборе

          1 – металлический стояк; 2 – центральные втулки литниковых каналов; 3 – модели; 4 – колпачок; 5 – неразъемная форма; 6 – опока; 7 – засыпка песка


           

          Рисунок 26 – Схемы формы для получения отливок по выплавляемым моделям


           

          Сверху на металлический стояк устанавливают модель литниковой воронки. Собранный блок покрывают 3—4 раза тонким слоем обмазки, которая состоит из огнеупорного пылевидного кварца и связующего материала (обычно гидролизованного раствора этилсиликата).


           

          После каждого покрытия модель для упрочнения посыпают сухим мелким кварцевым песком и сушат. Полученная таким образом оболочка имеет толщину 3—5 мм. После сушки из моделей извлекают металлический стояк, а легкоплавкие модели вытапливают из оболочковых форм. Для этого используют горячую воду, имеющую температуру около 90 °С, или производят выплавление в расплаве модельного состава, паром, горячим воздухом. В ряде

          случаев модели выжигают или растворяют.


           

          Неразъемную форму 5 (рисунок 26 б) устанавливают в опоку, засыпают песком 7 и помещают в электропечь для прокаливания при температуре от 850 до 900 °С до необходимой прочности и выжигания остатков модельного состава. Затем нагретую форму подают на заливку. После охлаждения отливки ее выбивают из формы и направляют на последующую обработку.

          Литье по выплавляемым моделям применяют для получения отливок, конфигурация которых при изготовлении их из сортового металла или поковок потребовала бы большой и сложной механической обработки. Этим способом изготовляют отливки с толщиной стенок от 0,5 до 10 мм и массой от 2 г до 100 кг. Наиболее экономично применение литья по выплавляемым моделям в серийном и массовом производстве мелких стальных отливок.


           

          image


           

          1 – деталь; 2 – металлическая форма для получения выплавляемой модели 3;

          4 – блок выплавляемых моделей с литниковой системой; 5 – модели с огнеупор- ным покрытием; 6 - керамическая оболочка формы; 7 – опока; 8 - засыпка;

          9 – форма с отливками


           

          Рисунок 27 - Схема технологического процесса изготовления формы и отливок по выплавляемым моделям


           

          Металлическую пресс-форму 2 изготавливают по размерам детали 1 с учетом усадки модельного состава и сплава. Внутрь рабочей полости пресс- формы при помощи шприцев через литниковые каналы запрессовывают модельный состав. После кристаллизации состава пресс-форму раскрывают и модель 3 извлекают. Отдельные модели собирают в блоки с общей литниковой системой при помощи пайки. В одном блоке может быть несколько десятков и даже сотен моделей.

          Процесс нанесения огнеупорного покрытия состоит из ряда повторяющихся операций: покрытие обмазкой, обсыпка огнеупорным материалом и сушка слоя. На модели наносят три-четыре огнеупорных слоя. Блок моделей с огнеупорным покрытием поступает на выплавку модельного состава. Выплавляют модельный состав горячим воздухом, паром или в ваннах с горячей водой. В результате из керамической оболочки вытекает расплавившийся модельный состав, оставляя пустоты. Затем оболочку прокаливают при температуре 850 ± 20 °С в электрических или газовых печах с предварительным помещением их в опоки 7 и засыпкой опок песком (или погружением в кипящий слой кварцевого песка). Прокалка форм способствует их упрочнению, повышению газопроницаемости и удалению остатков мо- дельного состава. Прокаленные формы заливают металлом сразу после прокалки или после их охлаждения следующими способами: свободной заливкой из разливочного ковша или из носка печи; заливкой под давлением воздуха или инертного газа для повышения заполняемости формы, центробежной заливкой в вакууме или в атмосфере для получения отливки с плотной структурой.


           

          После кристаллизации сплава отделяют огнеупорную оболочку от отливки и отливку от стояка. Для этого используют вибрационные автоматические установки. Отделив отливку от стояка, ее направляют в очистной барабан для удаления остатков огнеупорной керамической оболочки в щелочном растворе. Стальные отливки подвергают нормализации в печах с защитной атмосферой. Термическая обработка преследует цель улучшить структуру отливки, снизить твердость, повысить ее механические свойства, улучшить обрабатываемость резанием и снизить литейные напряжения. После этого отливки сортируют и проверяют их качество.


           

        3. Литье по газифицируемым (выжигаемым) моделям


 

Сущность способа получения отливок по выжигаемым моделям заключается в том, что модель, приготовленную из вспенивающихся полимеров (пенополистирола) не извлекают из формы перед заполнением ее металлом, она сгорает при контакте с расплавленным металлом. Модель формуют в формовочной смеси. Дальнейшие операции общие для литейного производства.


 

Отливки по газифицируемым (выжигаемым) моделям изготовляют при всех масштабах производства: от крупных штампов, станин до мелких сложных заготовок. Сущность способа заключается в том, что модель, изготовленную из вспенивающихся полимеров, из литейной формы не извлекают перед заполнением ее металлом. Металл, заливаемый непосредственно на модель через литниковую систему, газифицирует (выжигает) ее, освобождая полость формы. Полученная таким образом отливка точно соответствует конфигурации

выгоревшей модели.


 

Выжигаемые модели изготовляют из вспенивающегося полистирола (пенополистирола) — синтетического полимера, имеющего форму гранул размером 0,2—4 мм. Модели для мелких отливок изготовляют в пресс-формах. Гранулы пенополистирола после предварительной тепловой обработки загружают в пресс-формы, внутренняя полость которых по конфигурации соответствует будущей модели. Пресс-формы нагревают паром или горячей водой, в результате чего пенополистирол вспенивается и спекается, приобретая очертания внутренней полости пресс-формы. После охлаждения пресс-форму раскрывают по плоскости разъема и из нее извлекают выжигаемую пенополистироловую модель.


 

Модели перед формовкой покрывают слоем противопригарной краски толщиной не менее 0,2 мм. При необходимости легирования поверхностного слоя отливок, на поверхность моделей наносят слой, содержащий легирующие элементы (теллур, хром и др.).


 

В единичном и мелкосерийном производствах модели для крупных отливок изготовляют из плит и блоков пенополистирола, как показано на рисунке 28.


 

image

1 – деревянный каркас; 2 – листы пенополистирола


 

Рисунок 28 – Схема изготовления газифицируемой

(выжигаемой) модели для крупной отливки

На деревянном каркасе 1 собирают все элементы модели из листов пенополистирола 2. Сложные элементы моделей изготовляют отдельно, а затем склеивают между собой, сваривают горячим воздухом и т. п. На модели предусмотрены припуски на усадку металла и механическую обработку.


 

    1. Изготовление отливок в огнеупорных формах


       

      Огнеупорные литейные формы выдерживают без разрушения многократное заполнение металлом. Такие формы изготовляют из керамических смесей, графита, шамота, бетона и других огнеупорных материалов. В керамических формах получают отливки из черных и цветных сплавов повышенной точности. Масса отливок может быть от нескольких килограммов до нескольких тонн. Керамическая форма несложной конфигурации может быть заполнена алюминиевым сплавом до 10 раз. Керамическую форму изготовляют по постоянным металлическим моделям, на поверхность которых наносят формовочную смесь, состоящую из пылевидной или зернистой основы, связующих веществ, отвердителей и различных добавок. Уплотненная смесь прокаливается при температуре 800—850 °С и становится газопроницаемой и прочной. Для изготовления форм повышенной точности в качестве основы применяют материалы, расширяющиеся при нагреве не более 0,2—0,4 %: плавленый кварц, циркон, высокоглиноземистый шамот, обожженный магнезит, электрокорунд, форстеррит, сильмонит с корундом. Связующими веществами являются этилсиликаты, жидкое стекло, фосфатные связующие, соли хрома, кальция, алюминия.


       

      Отвердителями служат едкие щелочи калия и натрия, порошкообразный магнезит или магнезия, смешанные с водой, карбонаты алюминия, пепиридин.


       

      Добавки необходимы для повышения газопроницаемости форм. При выгорании или испарении добавок в процессе прокалки в форме остаются поры или мелкие каналы, через которые выходят газы. В качестве таких добавок к формовочной смеси используют дибутилфталат и пепиридин, который одновременно выполняет функции отбеливателя.


       

    2. Изготовление отливок в многократных (металлических) формах


       

      Изготовление отливок в многократных формах (выдерживающих несколько сот или тысяч раз использования) имеет свои особенности:

      - их изготавливают, из металлов обладающих высокой жесткостью и прочностью, с точными размерами, малой шероховатостью и, как правило, сложной конструкцией;

      • интенсивность охлаждения отливок в металлических формах в 3-5 раз выше, чем в песчано-глинистых;

      • получаются отливки с повышенной точностью (с минимальными припусками на механическую обработку);

        • сокращается расход металла на литниковую систему;

        • сокращаются затраты на приготовление и использование смесей и на завершающие операции;

        • трудоемкость снижается на 40-50 %.


       

      1. Виды литья в металлические формы


         

        Литье в металлические формы включает в себя литье в кокиль, литье под давлением (высоким и низким), жидкую штамповка (штамповка в период кристаллизации), литье вакуумным всасыванием, литье с направленно- последовательной кристаллизацией, литье выжиманием, центробежное, а также непрерывное и полунепрерывное литье, литье методом жидкой прокатки.


         

        2.5.1.1 Литье в кокиль


         

        Сущность способа литья в кокиль заключается в получении отливок из расплавленного металла в металлических формах — кокилях. Рабочая поверхность кокиля покрывают огнеупорными материалами и красками. Допуски на отливки в кокиль от 0,2 до 0,4 мм. Срок службы кокиля определяется материалом (температурой плавления) отливки. Для отливок из стали может доходить до 1000 шт.; из чугуна и меди - десятки тысяч; из сплавов алюминия и магния - сотни тысяч штук. По конструкции кокили бывают неразъемные и разъемные. Разъемы могут горизонтальными и вертикальными (рисунок 29 и 30). Для прочного соединения полуформ используют замки. Полости и каналы в полуформах образуют литую форму. При необходимости в кокили вставляют металлические (рисунок 31) или песчано-глинистые стержни для обеспечения получения отверстий в полученной заготовке (отливке).

        Формирование отливки происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от расплавленного металла и от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю.


         

        image

        а) — вытряхной кокиль; б)—с вертикальным

        разъемом; в) — с горизонтальным разъемом Рисунок 29 - Конструкции кокиля

        Отливки с простой конфигурацией изготовляют в вытряхных кокилях (рисунок 29 а). Несложные отливки с небольшими выступами и впадинами на наружных поверхностях изготовляют в кокилях с вертикальным разъемом (рисунок 29 б). При изготовлении крупных, простых по конфигурации отливок используют кокиль с горизонтальным разъемом (рисунок 29 в). Кокиль с комбинированным разъемом применяют при изготовлении сложных отливок. Полости в отливках оформлены песчаными или металлическими стержнями. Металлические стержни удаляют из отливки до извлечения ее из кокиля, после образования прочной корки в отливке.


         

        image

        7


         

        1 – нижняя плита; 2 – каналы для заполнения форы металлом;


         

        3 и 6 – замковая часть кокиля; 4 и 5 – полуформы; 7 – отливка (поршень)


         

        Рисунок 30 - Устройство кокиля с вертикальным разъемом


         

        (в раскрытом положении) и отливка, полученная в этом кокиле


         

        Литье в кокиль - это свободная заливка расплавленного металла под действием гравитационных сил в металлические литейные формы называемые

        кокиль. Расплавленный металл в форму подводят сверху, снизу или сбоку. Если металл заливают снизу, то осуществляют сифоном, сбоку—через щелевидный питатель или питатели, расположенные на нескольких уровнях. Для удаления воздуха и газов по плоскости разъема кокиля прорезают вентиляционные каналы. Отливки из полости кокиля извлекают выталкивателями. Заданный тепловой режим литья обеспечивает система подогрева и охлаждения кокиля. Кокили изготовляют из серого и высокопрочного чугунов, стали и алюминиевых сплавов. Их изготавливают литьем, механической обработкой и другими способами.

        Технологический процесс изготовления отливок в кокиле включает нагрев кокиля до 150—300 0С, нанесение на рабочую поверхность слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,3—0,8 мм, установку стержней, соединение и скрепление частей кокиля, заливку расплавленного металла, выдержку для затвердевания залитого металла, раскрытие формы и выбивку отливки. Для уменьшения скорости затвердевания и охлаждения отливки, а также для повышения стойкости кокиля на его рабочую поверхность наносят теплоизоляционные покрытия, приготовленные из огнеупорных материалов

        (кварцевой муки, талька, графита и др.) и связующего материала (жидкого стекла).


         

        А - А


         


         

        image

        А А


         

        1 – нижняя плита; 2 – стержни для получения боковых отверстий в отливке; 3 и 6 – полуформы; 4 – боковые и 5 – внутренняя часть стержня для получения полости в отливке; 7 – литниковая система

        Рисунок 31 - Сечения кокиля со стержнями


         

        Все операции технологического процесса механизированы и автоматизированы. Применяют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины и автоматические кокильные линии изготовления отливок. Литье в кокиль позволяет сократить, а во многих случаях полностью исключить расход формовочных и стержневых смесей, а также трудоемкие операции формовки и выбивки форм, повысить точность

        размеров отливок и уменьшить шероховатость поверхности, снизить объем механической обработки отливок. Литье в кокиль позволяет получать разнообразные отливки с толщиной стенок от 3 до 100 мм и массой от 0,1 до 500кг. Литье в кокиль применяют при изготовлении корпусов приборов, деталей двигателей внутреннего сгорания и других деталей из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

        image

        Литье в облицованный кокиль - процесс, при котором получают крупные и точные отливки из черных сплавов. Жесткая конструкция кокиля обеспечивает стабильность размеров и точность литых заготовок. В результате быстрого охлаждения на поверхности чугунных заготовок получается слой (Fe3С) - местный отбел чугуна, который либо снимают отжигом, либо используют конструкционно. Кокильное литье используют в серийном и массовом производствах.


         

      2. Литье под давлением


 

Литье под давлением является процессом получения отливок в металлических формах (пресс-формах) при котором заливка расплавленного металла в форму и формирование отливки осуществляются под давлением в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла и от затвердевающей отливки к массивной металлической пресс-форме. Литье под давлением подразделено на два класса – литье под высоким (от 50 до 200 МПа) и под низким давлением. Последнее литье конкретизируют в названии

Литье под давлением (высоким) - это такой способ получения отливок в металлических формах, при котором жидкий металл через каналы, соединяющие рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины, поступает из последней в рабочую полость. Она по своим очертаниям соответствуют отливке. Разъем полуформ осуществляться в вертикальной или горизонтальной плоскостях (рисунок 32), а для сложных отливок и в обеих плоскостях. Первый разъем предпочтительнее, так как заготовка выпадает из пресс-формы при ее раскрытии под действием силы тяжести.


 

image

6 5 4 2 5 3 1

1

2

3

4

Р

 

Р 5

6

б)

 

а)

а) – вертикальный; б) - горизонтальный


 

1 – пуансон (плунжер); 2 - каналы для нагрева или охлаждения; 3 - напорная камера;4 - литник; 5 – перерабатываемый материал (отливка); б - формообразующая часть формы; 7 – выталкиватель

Рисунок 32 – Схемы разъема форм при литье под давлением

Допуски на размеры для данного способа ±0,075- ± 0,018 мм. Способ применяют для крупносерийного и массового производства точных отливок из легкоплавких сплавов. Способ нашел широкое применение в машиностроительной, приборостроительной, электротехнической, санитарно- технической и др. отраслях промышленности. Часто отливки, полученные этим способом, армируют т.е. вставляют в них (предварительно) конструкционные элементы из наиболее прочных материалов.

Изготовляют отливки на специальных машинах для литья под давлением с холодной или горячей камерами прессования.

При наличии в отливке отверстий их получение обеспечивают стержни, которые кинематически связаны с подвижными частями формы.

Процесс получения заготовки литьем под давлением состоит из трех стадий:

  1. быстрое заполнение формы металлом;

  2. гидроудар при прижатии заготовки к форме;

  3. кристаллизация.

Схемы процессов литья под давлением с различными камерами прессованиями показаны на рисунке 33.


 


 

image

6


 

9


 

10


 

а) – с горизонтальной; б) – с вертикальной; в) – с горячей

1 - подвижная и 3 – неподвижная часть пресс-формы; 2 - рабочая полость; 4 – опорная плита; 5 - порция заливаемого металла; 6 – плунжер; 7 – камера прессования; 8 - литниковая система; 9 – выталкиватели;

10 – тигель с расплавом


 

Рисунок 33 - Схемы процессов литья под давлением с различными камерами прессованиями


 

После выхода плунжера за пределы камеры прессования в образовавшееся отверстие заливается доза металла 5. Затем плунжер 6 начинает сжимать металл в камере прессования и под давлением открывает отверстие литниковой системы соединяющее рабочую полость пресс-формы с камерой прессования 6. Металл под большим давлением и с большой скоростью впрыскивается в рабочую полость пресс-формы.


 

Для создания избыточного давления необходима доза металла несколько большая, чем требуется для отливки, поэтому между плунжером и рабочей полостью остается пресс-остаток в виде цилиндра. Подвижная часть пресс-формы 1 отходит, и отливка извлекается при помощи выталкивателей 9.

При изготовлении отливок на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования (рисунок 34) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования.


 

image

а) бв)


 

а) – заливка расплавленного металла; б) – литье под давлением; в) – извлечение отливки

1 - камера прессования; 2 – плунжер; 3 – неподвижная и 4 – подвижная полуформы; 5 - металлический стержень; 6 - выталкиватель; 7 - отливка


 

Рисунок 34 – Схема стадий процесса изготовления отливок на машине для литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования


 

Пресс-форма состоит из подвижной и неподвижной 3 полуформ, в которые металл подается плунжером из камеры прессования 1При раскрытии пресс-формы срезается пресс-остаток и его выводят за пределы камеры прессования.

Поршневые машины с горячей камерой прессования (рисунок 35оснащены тигельной печью 1, в которой в течение рабочей смены находится расплавленный металл, в который помещена камера прессования.


 

image

1 - обогреваемый тигель; 2 – камера прессования; 3 – плунжер; 4 – отверстие; 5 - полость пресс-формы с металлическим стержнем; 6 - выталкиватель

Рисунок 35 – Схема установки для получения отливок на машине литья под давлением с горячей камерой прессования


 

В машинах с горячей камерой прессования (рисунок 35) камера прессования расположена в обогреваемом тигле 1 с расплавленным металлом.

При верхнем положении плунжера 3 через отверстие в камере прессования сплав заполняет ее. При движении плунжера вниз отверстия 4 перекрываются, сплав под давлением от 10 до 30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. Полости в отливке получают металлическим стержнемПосле затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного металла из канала сливаются в тигель, а отливка, после раскрытия пресс-формы удаляется из нее выталкивателями 6.


 

После извлечения отливки и закрытия пресс-формы цикл повторяется.

Машины с холодной камерой прессования применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг. Давление плунжера на расплавленный металл составляет до 200 МПа. Машины с горячей камерой прессования используют для изготовлении отливок из легкоплавких сплавов (свинцово-сурьмянистых, алюминиевых, цинковых и других). От мелких до сложных массой от нескольких грамм до 25 кг.

Литье под давлением является высокомеханизированным процессом. Автоматизируют заливку расплавленного металла, очистку рабочих поверхностей пресс-формы, нанесение смазки и т. д. Литье под давлением позволяет получать отливки, максимально приближающиеся по форме, массе и размерам к готовой детали, дает возможность изготовлять сложные тонкостенные отливки с толщиной стенки от 0,8 до 0,6 мм и отверстиями диаметром до 1 мм. Литьем под давлением изготовляют корпуса приборов, декоративные изделия, детали двигателей легковых автомобилей и др.

Недостатком этого способа является высокая стоимость пресс-форм, сложность их изготовления, ограниченный срок их службы, опасность появления трещин в отливках


 

Литье под давлением широко используют не только для получения заготовок из металлов и сплавов, но и для переработкипластмас.


 

        1. Литье под низким давлением


           

          Литье под низким давлением применяют для получения крупных тонкостенных корпусных заготовок из легкоплавких сплавов.

          Процесс характеризуется простотой и основан на том, что расплав под действием инертного газа по литнику подается в зазор между формой и стержнем и кристаллизуется в ней (рисунок 36).


           

          image


           

          1 – расплавленный металл; 2 – плавильный тигель; 3 – электро- нагреватели; 4 – металлопровод; 5 – рабочая полость; 6 – форма; 7 - стержень


           

          Рисунок 36 - Установка для литья под низким давлением


           

          Расплавленный металл 1 из плавильного тигля 2, который нагревается электронагревателями 3, под давлением 0,01—0,08 МН/м2 инертного газа или воздуха выжимается по металлопроводу в рабочую полость формы 5, где он кристаллизуется в пространстве между формой и стержнем 7. Стержень может быть из обычной стержневой песчаной смеси. Давление инертного газа должно быть невысоким по той причине, что площадь зеркала расплавленного металла в тигле во много раз больше площади металлопровода 4. Незначительное перемещение металла в тигле вызывает высокий подъем жидкого металла внутри металлопровода и в литейной форме. После кристаллизации отливки давление инертного газа снимается, металл из литника стекает в тигель, литейная форма раскрывается и из нее извлекают отливку.


           

        2. Метод литья выдавливанием (Литье выжиманием)


           

          Литью под низким давлением тождественно литье выдавливанием (рисунок 37) и штамповка из жидкого металла (штамповка в период кристаллизации рисунок 38, 39). Метод литья выдавливанием и жидкая

          штамповка занимает промежуточное положение между литьем и объемной горячей объемной штамповкой.

          Литье выдавливанием применяют для получения тонкостенных, с толщиной стенки от 2 до 5 мм, отливок типа панелей с большими габаритными размерами (2500 мм) преимущественно из алюминиевых и магниевых сплавов. Установки для литья выжиманием применяют двух конструкций: с угловым и плоскопараллельным перемещением подвижной полуформы. Сущность способа литья выдавливания с угловым перемещением полуформы (рисунок

          37) заключается в том, что отливка образуется между двумя полуформами, одна из которых подвижна, а вторая - неподвижная.


           

          image


           

          1 – подвижная и 2 – неподвижная полуформы; 3 – стержень, образующий полости в отливке; 4 – металлоприемник

          Рисунок 37 - Установка для литья выжиманием с угловым перемещением подвижной полуформы


           

          На неподвижной полуформе устанавливают стержень 3. Металл заливают в металлоприемник между полуформами 1 и 2, и они начинают соединяться. При этом из металлоприемника расплав выжимается в уменьшающийся зазор между полуформами 1 и 2, где и кристаллизуется после соединения полуформ.

        3. Жидкая штамповка


           

          При литье в период кристаллизации (жидкой штамповке) порцию жидкого металла заливают в металлическую форму (матрицу), а затем пуансоном вытесняют металл, заставляя его течь в зазор между пуансоном и матрицей имеющий форму отливки. Ее применяют для получения крупных тонкостенных корпусных деталей из легкоплавкого материала.

          Отличие штамповки жидкого металла от обычной штамповки заключается в том, что деформируемый материал затвердевает и приобретает кристаллическое строение в процессе штамповки.


           

          Схема процесса жидкой штамповки показана на рисунке 38.


           

          image


           

          а) – заливка металла; б) - штамповка

          1 – жидкий металл; 2 – нижняя часть металлической формы (матрица); 3 – верхняя часть формы (пуансон); 4 – заготовка (отливка)


           

          Рисунок 38 - Схема процесса жидкой штамповки


           

          Порцию жидкого металла 1 заливают в металлическую форму (матрицу) 2, в которую затем вводят металлический пуансон 3 или поршень, который выдавливает металл, вынуждая его заполнить все полости формы. В результате между формой и пуансоном образуется заготовка (отливка).

          К преимуществам литья под низким давлением (штамповки жидкого металла в период кристаллизации) относятся: отсутствие предварительной обработки исходного материала; небольшое удельное усилие и работа; возможность получения глубоких полостей малого диаметра, тонких и высоких

          ребер; возможность получения очень крупных отливок и запрессовки в отливку различной арматуры. Все это обеспечивает высокую экономичность процесса.

          Недостатки - быстрый износ формы (штампов) особенно при получении отливок из стали и возможность сваривания отливки со штампом, сложность точной дозировки объема и более низкое качество заготовки по сравнению с изделиями, имеющими волокнистое строение.

          Устранить последний недостаток жидкой штамповки позволяют ее другие варианты. По одному из таких вариантов процесса жидкой штамповки в металлической форме получают предварительную литую заготовку (рисунок 39), которая сразу же в горячем виде подвергается горячей объемной штамповке в открытом штампе с получением окончательной заготовки (поковки). Такие заготовки приобретают высокую плотность и хорошие механические свойства благодаря интенсивному теплоотводу (в 20 раз превышающему теплоотвод обычного кокиля) и одновременному горячему деформированию литой структуры в период кристаллизации.


           


           

          image

          1

          2

          3


           

          5


           

          1 - верхняя и 3 - нижняя части штампа (формы); 2 – стержень;4 - отливка;5 – выталкиватель

          Рисунок 39- Схема штамповки предварительной заготовки в период кристаллизации (жидкой штамповки, литья под низким давлением)


           

        4. Литье вакуумным всасыванием


           

          Литье вакуумным всасыванием - получение простых отливок в виде втулок, колец, заготовок зубчатых колес из сплавов цветных металлов (бронзы, латуни) и т.д. путем заполнения формы расплавленным металлом за счет разряжения, создаваемого в форме (рисунок 40).


           

          image

          1 –расплавленный металл; 2 - огнеупорное керамическое плоское кольцо;

          3 - металлическая полая водоохлаждаемая литейная форма (кристаллизатор); 4 — отливка


           

          Рисунок 40 – Схема установка для литья вакуумным всасыванием


           

          Для этого на поверхность расплавленного металла 1 помещают огнеупорное керамическое плоское кольцо 2, на которое вертикально устанавливают металлическую полую водоохлаждаемую литейную форму 3 — кристаллизатор. Внутри формы вакуум-насосом создается разрежение и расплавленный металл 1 втягивается внутрь холодной формы, где и кристаллизуется. Форму удаляют с поверхности расплавленного металла, разрежение устраняют и отливку 4 свободно извлекают из формы. Кристаллизация отливки происходит последовательно от холодной стенки к центру, по этому в отливке отсутствуют раковины, пористость и хорошо удаляются газы. Кроме этого, не расходуется металл на литниковую систему.


           

        5. Литье намораживанием


 

Литье намораживанием применяют для изготовления труб с внутренними и наружными ребрами и других сложных профилей из малопластичных сплавов. На поверхность расплавленного металла помещают плиту из огнеупорного материала, в которой имеется отверстие требуемого профиля будущего литого изделия. Внутрь отверстия вводят затравку, к которой приваривается металл. При вытягивании затравки со скоростью, не превышающей скорости кристаллизации металла, из отверстия плиты извлекается заготовка соответствующего профиля так как за счет сил

поверхностного натяжения на границе жидкость – твердое тело создается небольшое разряжение, а за счет атмосферного давления жидкость втягивается за вытягиваемым твердым телом.


 

На этом принципе основано производство листового стекла.


 

2.5.3 Непрерывное и полунепрерывное литье


 

Литье непрерывное и полунепрерывное применяют для изготовления различного профиля (круглого, квадратного, прямоугольного, шестигранного и др.) с поперечным размером (диаметром) до 1000 мм из железоуглеродистых и цветных сплавов.


 

2.5.3.1 Непрерывное литье


 

Процесс непрерывного литья заключается в том, что жидкий металл поступает в кристаллизатор и из него отливка непрерывно вытягивается тянущим устройством.


 

Непрерывное литье осуществляют на установках вертикального или горизонтального типов (рисунок 41).


 

image


 

1 – расплав; 2 – металлоприемник; 3 - водо-охлаждаемый кристаллизатор; 4 - графитовая вставка; 5 – заготовка; 6 - тянущее устройство (валки)


 

Рисунок 41 - Схема установки непрерывного литья

Расплав 1 заливают в металлоприемник 2, откуда под действием гидростатического напора он поступает в водо-охлаждаемый кристаллизатор с графитовой вставкой 4. Применение графита обусловлено тем, что он обладает высокой теплопроводимостью и термостойкостью, достаточной прочностью при высоких температурах и низким коэффициентом теплового расширения, плохо смачивается расплавленным металлом и не требует смазки. Кристаллизатор легко отделяется от металлоприемника, что позволяет быстро переналаживать установку на любой профиль. Из кристаллизатора заготовка непрерывно вытягивается тянущим устройством 6, а кристаллизатор постоянно заполняется жидким металлом. Таким образом, процесс литья может протекать непрерывно. Металлоприемник выполняет роль постояннодействующей прибыли, что способствует получению плотной и качественной заготовки.


 

2.5.3.1.1 Литье методом жидкой прокатки


 

image

Литье методом жидкой прокатки - представляет совмещенный способ литья и прокатки (рисунок 42) и является разновидностью непрерывного литья


 

7


 

6


 

1 – ковш; 2 – металлоприемник; 3, 4 – водо-охлаждаемые прокатные валки; 5 – получаемая прокатанная отливка;

6 – расплавленный металл; 7 – охлаждающая вода Рисунок 42 - Схема процесса жидкой прокатки


 

Расплавленный металл из ковша 1 наливают в приемник 2,

установленный между водо-охлаждаемми валками 3 и 4. Поступая в зазор между валками, металл кристаллизуется в получаемую прокатанную отливку

5. Скорость роста заготовки при непрерывном литье составляет от 0,5 до 1,5м/с.


 

Применяют для изготовления ленты, листов, фасонных заготовок.

Ширина ленты до 750 мм, толщина от 0,7 до 2,5 мм.


 

2.5.3.2 Полунепрерывное литье


 

Полунепрерывным способом получают крупные чугунные трубы на вертикальных установках. Металл заливают в зазор между водоохлаждаемой формой кристаллизатора и стержнем на так называемое «ложное дно», по мере кристаллизации оно (дно) с отливкой медленно (со скоростью от 0,9 до 3,0 мм/мин) опускается. Тем самым получается труба длинной до 10 м.


 

Схема вертикальной установки для полунепрерывного литья показана на рисунке 43.


 

image

1 - кристаллизатор (литейная форма); 2 - пустотелый (охлаждаемый водой) стержень; 3 - жидкий сплав; 4 - ложное дно-затравка; 5 - ковш


 

Рисунок 43 - Схема установки полунепрерывного литья


 

Расплавленный металл при температуре до 1300 °С заливают в пустотелый охлаждаемый водой кристаллизатор 1, выполняющий функции литейной формы, внутрь которого вставлен стержень 2, также пустотелый и охлаждаемый водой. Между внутренней стенкой формы-кристаллизатора 1 и стержнем 2 образуется зазор, в который заливается жидкий сплав из ковша 5. Для начала процесса литья в зазор между формой и стержнем перед заполнением его металлом вводят ложное дно - затравку 4. Затравка соединяется с расплавленным металлом и помере кристаллизации сплава постепенно со скоростью от 1 до 3 м/мин извлекается из кристаллизатора. Вытягивание затравки и соединившейся с ней отливки осуществляется приводными валками или столом, на котором была закреплена затравка. Диаметр труб достигает 1000 мм, а их длина до 10 м.

2.5.4 Центробежное литье


 

Центробежным литьем, как правило, получают отливки, представляющие собой тела вращения (втулки, трубы, диски). Расплав, заливаемый во вращающуюся форму, центробежными силами плотно прижимается к внутренним стенкам формы и воспринимает ее конфигурацию. Формы могут вращаться вокруг горизонтальной, вертикальной и наклонной осей. Наиболее распространены машины с горизонтальной осью вращения. Центробежные силы не только распределяют жидкий металл в форме, но и способствуют перемещению на внутреннюю поверхность отливки более легких, чем сплав, шлаковых и газовых включений. Отливка получается более чистой и плотной.


 

Для получения втулок применяют машины с горизонтальной, а труб - с вертикальной осью вращения (рисунок 44).


 

image

а) – с горизонтальной; б) – с вертикальной осью вращения

1 - вращающаяся форма; 2 – расплавленный металл; 3 – металлоприемник; 4 – ковш; 5 – отливка


 

Рисунок 44 – Схема центробежного литья на различных машинах


 

Определенную дозу расплава из ковша заливают во вращающуюся (с частотой от 200 до 1400 об/мин) форму 1 через металлоприемник 3. Под действием центробежных сил металл отбрасывается к стенкам формы. Форма вращается до тех пор, пока расплав не затвердеет, затем отливку 5 извлекают из формы. Перед каждой заливкой внутреннюю полость формы покрывают

противопригарной краской или присыпкой. Центробежным способом можно получать биметаллические отливки, поочередно заливая в форму разнородные расплавы.


 

Преимуществом центробежного литья является получение отливок без литниковых систем. Отливки имеют плотную, мелкозернистую структуру

Центробежное литье образует внутри цилиндрическое пространство, ограниченное свободной поверхностью, что не требует использования стержней. Этим способом изготавливаются отливки, имеющие форму тела вращения (преимущественно), следует учитывать, что если ось вращения расположена горизонтально, то металл распределяется равномерно, и толщина стенок отливки одинакова, а если ось вращения вертикальная, то внутренняя поверхность параболическая. Разновидностью центробежного литья является центрифугирование. Им получают мелкие отливки различных конфигураций. Центробежным литьем с горизонтальной осью вращения получают цилиндрические заготовки массой до 45 т. Этим способом изготавливают чугунные трубы для водопровода и канализации диаметром от 100 до 1000 мм и длиной от 4 до 10 м. На машинах с вертикальной осью вращения получают заготовки небольшой высоты — бандажи, зубчатые обода.

В машинах с вертикальной осью вращения (рисунок 44 б) расплавленный металл из ковша 1 заливают во вращающуюся форму с частотой вращения от

160 до 500 об/мин. Растекаясь по дну формы, металл увлекается центробежными силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой 3. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего форму останавливают и из нее извлекают отливку.


 

2.5.4.1 Литье биметаллических изделий


 

Литье биметаллических изделий осуществляют в машиностроении и приборостроении с целые получения в одной детали участки с различными физическими и механическими свойствами из разных сплавов. Биметаллические и многослойные литые изделия изготовляют заливкой жидкого металла на твердую, жидко-твердую и жидкую основу, либо послойной заливкой вращающихся (реже стационарных) форм сплавами различного химического состава (рисунок 45).


 

image

2

а)


 

1


 

а — гильза; б — поршень двигателя

1 – изделие из основного металла; 2 – участок изделия, отлитый из другого металла


 

Рисунок 45 - Биметаллические изделия

      1. Электрошлаковое литье


         

        Электрошлаковое литье используют для получения ответственных толстостенных отливок, к которым предъявляются особые требования по плотности и однородности металла. Способ получения литых изделий путем электрошлакового переплава расходуемых электродов под действием электрического тока непосредственно в сложной формы (в кристаллизаторе) назван электрошлаковым литьем. Литейная форма служит местом для приготовления жидкого металла и используется для формирования отливки.


         

        image

        а) — схема установки для электрошлакового литья; б) — общий вид отливки корпуса

        1 – расходуемый электрод; 2 – шлак; 3 – расплавленный металл;

        4 – отливка; 5 – литейная форма; 6 – стержень; 7 - затравка Рисунок 46 - Электрошлаковое литье корпуса запорной арматуры

        Отливка получается в литейной форме, где расплавляется расходуемый электрод 1 в шлаке и расплавленный металл заполняет полость формы и образует отливку 4. Стенки литейной формы и стержень водоохлаждаемые. Процесс расплавления шлака начинается с возникновения электрической дуги между затравкой 7 и электродом, а затем расплавленный шлак, обладая большим электрическим сопротивлением, приобретает высокую температуру и оплавляет расходуемые электроды 1.


         


         

        Электрошлаковая отливка,

        благодаря

        направленной

         

        и более

        последовательной кристаллизации

        сплава по

        сравнению

        с

        обычной,

        практически свободна от ликвации химических элементов; в ней отсутствуют

        дефекты усадочного происхождения и нет газовых пор. Литой металл электрошлакового переплава в ряде случаев по своим свойствам превосходит деформированный металл, полученный путем горячей прокатки или ковкой. Электрошлаковое литье применяют для изготовления толстостенных баллонов, валков холодной прокатки, корпусов запорной энергетической арматуры (рисунок 46 б), заготовок литых коленчатых валов, шатунов и других ответственных деталей.


         

      2. Смазка пресс-форм


         

        Для снижения прилипания расплава к стенкам пресс-формы (особенно при литье алюминиевых сплавов), для уменьшения износа пресс-форм, а также устранения задиров на литых деталях производят смазку пресс-формы. Смазывают детали камеры прессования (наполнительный стакан и поршень).


         

        Смазка должна быть нанесена тонким слоем. Избыток смазки стекает на нижние части оформляющей полости пресс-формы, препятствует четкому заполнению контура полости и способствует образованию рисунка «мороза». Кроме того, при обильной смазке увеличивается газообразование, создающее в пресс-форме дополнительное давление и способствующее образованию облоя на отливках. Облоем называют часть расплава, затекающую в плоскость разъема и остающуюся на отливке.


         

        Необходимо смазывать те места пресс-формы, к которым может прилипнуть расплав, и места, оставляющие на отливке риски или задиры. Смазку пресс-формы и стержней производят периодически во время работы в зависимости от конфигурации отливки. Пресс-формы для сложных отливок необходимо смазывать чаще, чем для простых. Детали камеры прессования необходимо смазывать после нескольких заливок. При литье латуни первые отливки после смазки отбрасывают, так как они насыщены газом. Лучше всего наносить смазку на все рабочие поверхности пресс-формы с помощью пульверизатора, который обеспечивает нанесение ровного и тонкого слоя.


         

        Смазочные материалы, применяемые для пресс-формы, должны удовлетворять следующим требованиям: быть стойкими к действию высоких давлений и температур; не вызывать коррозии отливок и частей пресс-формы; не оказывать вредного воздействия на работающих; образовывать устойчивую пленку на поверхности полости пресс-формы и камеры прессования. Поскольку подобрать определенный один состав смазочного материала, отвечающего указанным требованиям, очень трудно, существует большой ассортимент смазочных материалов для литья под давлением. Условно их подразделяют на три группы (твердые, мазеобразные и жидкие).

        К твердым смазочным покрытиям относят животные жиры и воск, в чистом виде их применяют редко, но они входят компонентами, в состав мазеобразных и жидких смазочных материалов.


         

        Мазеобразные смазочные материалы представляют собой густую смесь из парафина, мазута, нигрола, озокерита, церезина, минеральных масел и других веществ. Для повышения разделительной способности в них добавляют алюминиевую пудру и графит.


         

        В состав жидких смазочных материалов входит разбавитель, способствующий получению жидкой консистенции и отводу теплоты от пресс- формы. Жидкие смазочные материалы приготовляют на нефтяной или водной основе с добавкой мелкодисперсных наполнителей или присадок. В состав смазочных материалов на водной основе входят минеральные масла, жиры и эмульгаторы.


         

        Ниже приведены составы смазочных материалов для различных сплавов.

        Цифры – массовая доля компонентов, процентов.


         

        Для алюминиевых и магниевых сплавов:


         

        30 церезина или воска, 14 вазелина, 26 графита, 30 парафина;


         

        50 графита, 50 моторного масла;


         

        1,5 %-ный раствор фтористого натрия;


         

        52 масла, 43 разбавителя, 5 трихлорэтилена.


         

        Для оловянно-свинцовых и цинковых сплавов:


         

        30 парафина, остальное моторное масло;

        5 графита, остальное моторное масло.


         

        Для медных сплавов:


         

        8 графита, 92 машинного масла;


         

        10 %-ный водный раствор желтой кровяной соли.


         

        Для смазки поршня и камеры прессования применяют смазочные материалы на основе тяжелых минеральных масел, содержащие от 20 до 40 % графита


         

      3. Характеристика специальных видов литья


         

        Общей особенностью специальных видов литья является экономия металла, которая численно выражается в ЛП двумя коэффициентами: коэффициентом выхода годного - процентным отношением массы отливок к массе залитого в форму металла и коэффициентом использования заготовок - отношением массы детали к массе отливки. При специальных видах литья эти коэффициенты выше, чем при литье в обычные песчаные формы (экономия до

        15 %). Однако сами специальные виды литья дороже обычного литья, но, учитывая экономию при механической обработке отливок, в целом, стоимость деталей снижается. Однако, рекомендовать тот или иной способ изготовления детали можно лишь после учета технологичности конструкции детали и сопоставления всей совокупности затрат применительно к конкретным условиям производства данной детали.


         

      4. Получение литых заготовок из полимерных материалов


 

Получение литых заготовок (отливок) характерно не только для металлов и сплавов. Эти процессы применяют и для переработки пластмасс, так как применение механической обработки пластмасс резанием следует избегать или уменьшать ее. Получение изделий из пластмасс при такой обработке приводит к нарушению поверхностной смоляной пленки, что уменьшает предел прочности, увеличивает водо- и масло поглощение. Однако полностью исключить механическую обработку резанием при переработке пластмасс невозможно. При прессовании, литье и других методах формования заготовок из пластмасс наблюдается значительные колебания усадки материала, что снижает получаемую точность размеров. Поэтому для получения высокого класса точности размеров заготовки в ряде случаев необходимо применять механическую обработку, кроме того, методами резания удаляют литниковую систему, зачищают заусенцы, получают малые отверстия и резьбы.

Прессование полимеров включает две разновидности – прямое и литьевое. Схемы процесса прямого (компрессионного) и литьевого прессования пластмасс показаны на рисунке 47.


 

image


 

а) – прямое; б) - литьевое