Основы технологии литья

Сущность литейного производства. Методы литья

Технологическая схема машиностроительного завода

Тема 11.Основы технологии машиностроения

11.1.Технологическая схема машиностроительного завода

11.2. Сущность литейного производства. Методы литья

11.3. Методы обработки металла давлением (прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка)

11.4. Сущность процесса сборки

11.5. Виды и организационные формы процесса сборки

11.6. Пути повышения эффективности сборки

Машиностроение является ведущей отраслью современной промышленности. Значение машиностроения в народном хозяйстве определяется тем, что оно создает один из важнейших элементов производительных сил- орудия труда. В силу разнообразных орудий производства и общественного разделения труда машиностроение подразделяется на отдельные отрасли, из которых главными являются: станкостроение, тяжелое машиностроение, транспортное, энергетическое, сельскохозяйственное, атомное.

В каждой отрасли машиностроения существуют свои специфические технологические методы и приемы, однако в целом для машиностроения характерна общность сырьевых материалов (черные и цветные металлы, их сплавы и идентичность основных технологических принципов превращения их в детали (литье, ковка, штамповка, обработка резанием),а деталей в изделие (сварка, сборка).

В производственных процессах машиностроения используются основные принципы рациональной организации производства.

На машиностроительных заводах различают следующие основные цехи:

v заготовительные: чугунолитейный, сталелитейный, кузнечно-прессовый;

v обрабатывающие: механический, термический;

v выпускающие продукцию: сборочный.

Организация промышленного производства построена по одному из принципов –технологическому, предметному или смешанному. Выше приведенное разделение основных цехов присуще при технологическом принципе организации производства. При предметном принципе организации производства оборудование для изготовления конкретных деталей или сборочных единиц сосредотачивается в отдельных цехах предприятия. При смешанном принципе – в отдельных цехах проводится обработка технологически однородных частей и выполнение однотипных технологических процессов и операций.

В остальном структура машинного производства мало чем отличается от других производств, т.е. есть вспомогательные цехи и побочные цехи, различные службы и хозяйства, органы управления предприятием, которые осуществляют организацию производственного процесса и его контроль, обеспечивают разработку технической документации и технологической оснастки, бухгалтерский учет, сбыт готовой продукции.

Таким образом, машиностроительное предприятие представляет собой совокупность ряда производств, связанных единым технологическим процессом. В зависимости от масштабов производства, возможностей кооперирования с другими предприятиями и от ряда других технико-экономических условий машиностроительный завод либо сам осуществляет весь технологический процесс, т.е. изготовляет все детали машины и производит ее сборку, либо изготовляет лишь основные узлы машины, а детали и полуфабрикаты (литье, поковки) получает с других специализированных предприятий и в своих цехах производит только их обработку и последующую сборку. Технологическая схема машиностроительного завода следующая: сырье и топливо из шихтарных дворов, где их хранят и соответствующим образом подготавливают для производства поступают в литейные цехи, производящие отливки. Полученное литье направляют в механический цех, туда же поступают и заготовки, изготовленные ковкой и штамповкой в кузнечно-прессовом цехе. В механическом цехе производят дальнейшую обработку заготовок резанием на различных металлорежущих станках. Кроме обработки литых и кованных заготовок на металлорежущих станках изготовляют детали из проката. Детали, требующие термической обработки, направляют в термический цех.

Готовые детали из механического цеха направляются в сборочный цех, куда поступают готовые детали их других цехов. Механические и сборочные цехи часто располагаются в одном здании, что сокращает расходы на внутризаводскую транспортировку деталей и узлов. Наиболее распространенными процессами в машиностроении литье, прокатка, волочение и прессование, ковка штамповка сварка, процессы механической обработки (обработка резанием).

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полученную форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердения металла в форме получается отливка, т.е. заготовка или деталь.

В структуре себестоимости литья основную долю составляют затраты на металл (до 80%). Производя технико-экономический анализ литейного производства, особое внимание необходимо обращать на те стадии и элементы технологического процесса, которые непосредственно связаны с возможными потерями металла на угар, разбрызгивание, брак и т.д.. Себестоимость литья зависит от объема производства, уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии- принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась и включает 4 основных этапа:

2.Изготовление формы и стержней.

3.Заливка жидкого металла в форму.

4.Извлечение затвердевшей отливки из формы.

Преимущества литейного производства:

v возможность получения сложных тонкостенных отливок при рациональном использовании металла;

v низкая себестоимость продукции;

v относительная простота получения отливок.

Недостатки литейного производства:

ü низкая производительность труда;

ü неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок.

Существуют следующиеспособы литья:

◭ литье в разовые песчано-глинистые формы (земляные);

◭ литье в кокиль(постоянные металлические формы);

◭ литье под давлением;

◭ центробежный способ литья;

◭ литье по выплавляемым моделям;

◭ литье в оболочковые формы или корковое литье;

◭ литье в тонкостенные разовые формы;

Все вышеперечисленные способы литья, кроме литья в земляные формы, называются специальными способами литья. Отливки широко применяются в машиностроении, металлургии, строительстве.

Наиболее распространенный и относительно простой способ литья- литье в разовые песчано-глинистые формы. Этим методом получают до 80% отливок. Песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям. Крупные отливки изготовляют в почве, мелкие- в опочных формах.

Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной (рис. 11.2.1) и заключительной.

В подготовительную стадию входит конструирование и изготовление модельной оснастки.

13.5 Основы технологии литья

В вагоностроении многие детали получают с помощью литья, осуществляемого различными способами: в формы — металлические (кокиль), оболочковые, песчаные, самотвердеющие; по выплавленным моделям; под давлением; центробежное и др.

Литье в кокиль (кокильное литье) — способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до десятка тысяч раз. Для стали этот метод литья находит меньшее применение, чем для цветных металлов.

Литье в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зерен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительное повышение производительности по сравнению с литьем в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Литье в песчаные формы — способ получения отливок в разовых формах, изготовленных из песчано-глинистых смесей. Литье в самотвердеющие формы — способ получения отливок, при котором используют литейные формы и стержни, изготовленные из смесей, затвердевающих на воздухе и не требующих сушки и дополнительной обработки внешними реагентами.

Литье по выплавленным моделям — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъемной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением — прецизионное литье. Размеры отливок, полученных этим способом, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счет сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Литье под давлением — способ получения из сталей и сплавов цветных металлов в пресс-формах, которые сплав заполняет с большой скоростью под высоким давлением, приобретая очертания отливки. Литье производят на литейных машинах с холодной и горячей камерами прессования (рис. 13.13). При получении отливок на машинах с холодной камерой прессования (рис. 13.13, а и б) необходимое количество сплава заливается в камеру прессования вручную или заливочным дозирующим устройством.Сплав из камеры прессования под давлением поршня через литниковые каналы поступает в оформляющую полость плотно закрытой формы, излишек сплава остается в камере прессования в виде пресс-остатка и удаляется. После затвердевания сплава форму открывают, снимают подвижные стержни и отливка выталкивателями удаляется из формы. При получении отливок на машинах с горячей камерой прессования (рис. 13.13, в) сплав из тигля нагревательной печи самотеком поступает в камеру прессования.

После ее заполнения срабатывает автоматическое устройство (реле времени, настроенное на определенный интервал), а поршень начинает давить на жидкий сплав, который через обогреваемый мундштук и литниковую втулку под давлением поступает по литниковым каналам и оформляющую полость формы и кристаллизуется. Через определенное время, необходимое для образования отливки, срабатывает автоматическое устройство на раскрытие формы и отливка удаляется выталкивателем.

Данный метод обеспечивает высокую производительность от 1 до 50 заливок в минуту, точность размеров, четкость рельефа и качество поверхности. Применяют многогнездовые формы, в которых за 1 заливку изготовляют более 20 деталей.

Центробежное литье — изготовление отливок в металлических формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбрасывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку. Этот способ литья широко распространен в промышленности при получении пустотелых отливок, например, пустотелых осей колесных пар вагонов.

В зависимости от положения оси вращения форм различают горизонтальные и вертикальные литейные центробежные машины. Горизонтальные машины (рис. 13.14, а) наиболее часто применяют при изготовлении трубчатых изделий. При получении отливок на машинах с вертикальной осью вращения (рис. 13.14,6) металл из ковша заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем.

Центробежная сила прижимает металл к боковой цилиндрической стенке. Форма вращается до полного затвердения металла, после чего ее останавливают и извлекают отливку. Сложные внутренние стенки отливки выполняют при помощи стержней. Стенки форм для отливок со сложной наружной поверхностью покрывают формовочной смесью, которую уплотняют роликами, образуя необходимый рельеф. Отливки, полученные методом центробежного литья, по сравнению с отливками, полученными другими способами, обладают повышенной плотностью во внешнем слое.

Методы литья под давлением и прессованием широко применяются в вагоностроении и при ремонте вагонов для изготовления деталей внутреннего оборудования из полимерных материалов, пластмасс и резиновых смесей (термопластов и реактопластов). При литье под давлением материал нагревается и размягчается (пластицируется) в обогреваемом цилиндре литьевой машины (рис. 13.15, а), откуда под давлением червяка или поршня нагнетается в литьевую форму.

После остывания материала (для термопластов), отверждения (для реактопластов) или вулканизации (для резиновых смесей) он сохраняет конфигурацию и размеры изделия. Преимущества метода по сравнению с другими методами формирования изделий из полимерных материалов — высокие производительность и качество изготовляемых изделий.

Литьевое прессование пластмасс (трансферное прессование) — метод изготовления изделий различной формы из реактопластов, при котором материал размягчается (пластицируется) в литейном цилиндре (тигле), откуда нагнетается в пресс-форму (рис. 13.15, б), где, отверждаясь, принимает конфигурацию и размеры изделия. Литьевое прессование пластмасс осуществляют на универсальных прессах с одним рабочим плунжером для замыкания пресс-формы и нагнетания в нее материала или на специализированных прессах, у которых замыкание пресс-формы осуществляется одним плунжером, а нагнетание — другим. По технологии и оборудованию литьевое прессование занимает промежуточное место между прессованием полимерных материалов и литьем под давлением полимерных материалов. Прессование полимерных материалов (компрессионное) — метод изготовления изделий из пластических масс и резиновых смесей в пресс-формах, установленных на прессе (чаще всего гидравлическом). В зависимости от температуры пресса этот метод подразделяют на высокотемпературное (горячее) и низкотемпературное (холодное) прессование.

При горячем прессовании материал, например в виде пресс-порошка (обычно таблетированного или гранулированного) или листов, помещают в разомкнутую пресс-форму, нагретую до заданной температуры. При опускании пресса форма замыкается, материал в результате нагревания и создаваемого прессом давления растекается и заполняет формующую полость, приобретая размеры и конфигурацию изделия. Реактопласты и резиновые смеси выдерживают в пресс-форме под давлением до завершения процесса отверждения или вулканизации,после чего плунжер пресса поднимают и выталкивают из разомкнутой формы готовое изделие. Холодное прессование используют главным образом для переработки термопластов, не размягчающихся при нагревании, например фторопластов. В этом случае материал прессуют (уплотняют) в холодных формах, а затем, после извлечения из формы, подвергают термообработке, так называемому спеканию.

Литейное производство является одной из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении ими жидким сплавом. Литые детали используют в вагонах: боковые рамы, надрессорные и соединительные балки тележек; корпуса букс, автосцепок, поглощающих аппаратов; многие изделия тормозного оборудования и др. Значительный объем литых изделий потребляют в металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также на железнодорожном транспорте.

Технологический процесс литейного производства многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм — на обычное литье, литье центробежное и под давлением; по способу изготовления литейных форм—на литье в разные формы (служащие для получения только одной отливки), литье в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называемые полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литье в многократно используемые, так называемые постоянно металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тысяч заливок. При производстве заготовок литьем используют разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют с помощью модельного комплекта и опоки (рис. 13.16).

Наиболее распространено в вагоностроении производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ широко применяется для производства крупного литья. Технологический процесс литья в песчаные формы (рис. 13.17) складывается из ряда последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, выбивка охлажденной отливки, очистка отливки, термообработка и отделка. Для получения необходимых механических свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают термической обработке. После контроля качества литья и исправления дефектов отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Формы и стержни изготовляют на специальном формовочном оборудовании и станках. Большинство технологических операций трудоемко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоемкости и создания нормальных сангигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций.

Наиболее трудоемкие операции при производстве отливок — формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках технологические операции в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы. Особенно эффективно внедрение в литейном производстве комплексной механизации и автоматизации. Например, изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы (рис. 13.18).

Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущимся конвейере (рис. 13.19).

Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоемкость определенной формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляется автоматическим устройством.Для операций очистки и зачистки отливок применяют проходные барабаны непрерывного действия с дробеметными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного действия, вдоль которых отливки передвигаются на замкнутом транспортере. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости.

Литье под давлением : Основы технологии

Основы технологии литья под давлением Исключительное разнообразие штучных изделий из полимерных материалов, широкий комплекс предъявляемых к ним требований (потребительские, эксплуатационные, технологические, экономические, дизайна) диктует необходимость применения и совершенствования разнообразных методов литья под давлением, каждый из которых позволяет наиболее полно решать поставленные задачи.

Разновидности пластикации

Пластикация, то есть расплавление полимерного материала под давлением, во мно¬гом определяет качество изделия. Различают червячную пластикацию и поршневую. Червячные пластикаторы имеют высокую производительность, обеспечивают отличную гомогенизацию расплава, что особенно важно при использовании дробленки или суперконцентрата, и поэтому имеют наибольшее распространение. Поршневые пластикаторы используются значительно реже, поскольку они не обладают перечисленными выше качествами. Но и они не без достоинств, среди которых: способность обеспечивать высокую скорость инжекции расплава в форму, возможность реализовывать эффект мрамора или, если необходимо, яшмы, пластикацией смеси разных по цвету пластмасс.

Иногда применяют раздельную пластикацию, при которой полимер сначала поступает из бункера в вышеуказанный червячный предпластикатор, приготавливающий расплав, а затем через регулирующий кран расплав направляется в поршневой пластикатор, осуществляющий дозирование и высокоскоростную инжекцию в форму. Заметим, что такое нехитрое изделие как расческа, наиболее эффективно производится на литьевых машинах с раздельной червячно-поршневой пластикацией.

На этапе пластикации основными технологическими параметрами являются: температура расплава по длине цилиндрической части материального цилиндра, температура сопла, установленного на выходе из материального цилиндра, скорость вращения червяка и величина противодавления при его отходе.

Методы литья под давлением

Требуемый объем расплава (доза) накапливается в материальном цилиндре ЛМ и затем под высоким давлением (100-200 МПа) впрыскивается, инжектируется, в форму за короткий, измеряемый секундами, интервал времени. Это наиболее распространенный способ. Он позволяет получать изделия сложной конфигурации, с различной толщиной стенок, как из термопластов, так и из термореактивных пластиков, допускает использование многогнездных форм с различной литниковой системой. Особенность технологии — объем изделий с литниками не превышает паспортного объема впрыска используемой ЛМ.

Применяется при червячном способе пластикации для получения толстостенных изделий. Его суть — вращением червяка расплав в режиме экструзии подается в пресс-форму и заполняет ее, после этого червяк останавливается и осевым движением подпитывает форму, компенсируя естественную усадку остывающего расплава. Особенность подобного способа — объем изделия может превышать паспортный объем впрыска ЛМ, но развиваемое в литьевой форме давление невелико, вследствие чего геометрия изделия не должна быть сложной, гнездность формы ограничена, получение тонкостенных изделий затруднено, кроме того, необходимо учитывать термостабильность полимера.

Метод используется для получения изделий значительных по площади прессования, когда заполнение формы сопровождается существенным падением давления расплава в ее периферийных частях, что вызывает эффект разнопрочности изделия. Сущность технологии состоит в том, что давление на расплав в форме создается не только усилием инжекции, но и за счет прессового механизма узла смыкания. С этой целью применяются литьевые формы, конструкция которых допускает перемещение пуансона и после смыкания формы.

Инжекционно-газовое литье (ИГЛ)

Относится к новым методам переработки термопластов с помощью ЛМ, и поэтому, в частности, его названия еще до конца не определилось. В литературе можно встретить название типа «литье с газом», «литье с подачей сжатого газа», GJD-TEHNJKA, GAS-Jngection Molding и др. Технологически процесс ИГЛ заключается в следующем: расплав полимера инжектируется в форму, заполняя ее на 70-95%. Затем в форму через специальное сопло, или через ниппель в форме подается под давлением газовая смесь, которая «раздувает» расплав, увеличивая тем самым толщину слоя полимера, образовавшегося при его соприкосновении с холодной стенкой формы, и способствуя заполнению конструктивных углублений. После образования изделия газовая смесь удаляется из формы в приемник, пластикатор впрыскивает остаток расплава, «запечатывающий» форму.

Газовая смесь (азот, углекислый газ) может подводиться от компрессора или от баллона, важно чтобы ее давление было около 80 МПа. Ввод газа в форму может быть единичным или многократным, ступенчатым по величине давления.

Технология ИГЛ позволяет экономить до 40% дорогостоящего полимерного материала за счет уменьшения толщины стенки изделия, сократить цикл изготовления на 25-35%, уменьшить вероятность брака за счет исключения таких видов дефектов, как утяжены, коробления, развитый облой. Кроме того, как показывает практика, инжекционно-газовая технология позволяет упростить конструкцию и понизить стоимость формующей оснастки.

Существенная трудность ИГЛ-технологии состоит в необходимости высокоточного управления литьевой машиной, усложняется конструкция сопла, повышаются требования к расчету и качеству изготовления литниковой системы и сопряжений литьевых форм.

Многослойное литье

Относится к специальным видам, иногда называемым соинжекционными. Это название отражает общую особенность этих методов — обязательное участие в процессе двух, а в некоторых случаях и трех инжекционных узлов, в каждом из которых пластицируется полимерный материал с индивидуальными свойствами. Таким образом, появляется возможность получать многоцветные изделия, изделия, состоящие из различных видов пластмасс (поверхность из ПЭВП, а основной объем из вспененного полистирола), использовать вторичное полимерное сырье для внутренних, неответственных частей деталей, производить изделия гибридной конструкции и пр. Многослойное литье осуществляется несколькими способами.

Заключается в попеременной подаче в литьевую форму полимерных расплавов из двух пластикаторов. Два инжекционных узла присоединяются к соплу, в конструкции которого предусмотрено переключающее устройство. Как правило, это управляемый игольчатый клапан (ИК). Клапан попеременно или одновременно соединяет с литьевой системой формы пластикационные узлы. Материал из первого узла под высоким давлением и с высокой скоростью инжектируется в форму, образуя наружное покрытие изделия. Затем внутренний объем изделия заполняется материалом из второго узла, после чего в работу повторно включается первый узел, добавляющий остатки расплава в форму и «запечатывающий» изделие.

Соинжекщюнное литье

Требует применения сопла специальной конструкции, называемого также разделительной головкой. Эта технология позволяет получать изделия с числом слоев больше двух, с полным или частичным разделением цветов.

Литье в многокомпонентные формы (Multi-component injection molding)

Позволяет получать изделия с четким разделением цветов, а также детали гибридной конструкции, в которых из каждого полимерного материала исполнена центральная или периферийная часть. В этом случае инжекционные узлы выполняют традиционные функции, а конструкция детали определяется устройством литьевой формы. Литьевая форма имеет две литниковых системы, постоянно сомкнутые с инжекционными узлами I и II. В пуансоне формы имеются подвижные вставки, перемещаемые пневмоприводами. Вставки оформляют тот или иной конструкционный элемент изделия. Особенность этого метода состоит в том, что работа узлов инжекции происходит изолировано друг от друга. Поэтому если узел II в приведенном примере работает в режиме инжекции, то узел I может действовать в интрузионном режиме, благодаря чему объем части изделия, формуемой из полимера I, может иметь весьма значительный размер.

Ротационное литье (не путать с ротационными ЛМ)

Является разновидностью описанного выше способа, поскольку позволяет решать те же задачи, однако требует использования съемной вставки. После оформления центральной части изделия (узел I) вставка извлекается, а в образовавшийся объем инжектируется расплав из узла II. В цикл производства изделия ротационным литьем введена дополнительная операция размыкания формы и удаления (установки) вставки, что не способствует высокой производительности метода.

Особенности литья под давлением различных термо- и реактопластов

Сведения, содержащиеся в этом разделе, не включают рекомендации по пуску и наладке процесса, требований к условиям эксплуатации ЛМ и литьевых форм, правил неукоснительного соблюдения параметров метода, назначенных компетентным специалистом, обладающим инженерным уровнем знаний. Таким образом, предлагаемые рекомендации действуют для установившегося режима работы оборудования и оснастки.

ПЭНП перерабатывается легко, при охлаждении способен к кристаллизации с изменением твердости, чувствителен к равномерности распределения температуры в форме. Место входа охлаждающей воды в форму следует располагать рядом с литниковыми каналами, а ее отвода — как можно дальше. Заполнение формы быстрое, в связи с чем необходима ее эффективная вентиляция.

ПЭВП – по сравнению с предыдущим полимером имеет большую степень кристалличности и менее текуч в расплаве, но позволяет получать изделия с меньшей толщиной стенки при более высокой жесткости.

ПП – кристалличность до 60%, температура переработки для некоторых марок до 280 0 С, инжекционное давление до 140 МПа. Вязкость расплава в большей степени зависит от скорости сдвига, чем от температуры. С повышением давления ПТР растет, охлаждается в форме быстро. Процесс ведут при высоких температурах цилиндра и низком давлении литья.

ПС – легкотекуч в расплаве, позволяет получать тонкостенные жесткие изделия, чувствителен к перегреву.

УПС отличается от ПС несколько меньшей текучестью и большей усадкой.

АБС-пластик относится к конструктивным маркам, имеет большую вязкость в расплаве, труднее перерабатывается в тонкостенные изделия.

ПММА имеет невысокую термостабильность, чувствителен к перегреву, требует подсушки и тщательного контроля температуры. При впрыске расплава в холодную форму возможно образование пузырей; переходы в форме должны быть плавными, а их число минимальным.

ПВХ перерабатывается без особых затруднений, но весьма чувствителен к соблюдению температурного режима и особенно перегреву. Вязкотекучее состояние нестабильно, может сопровождаться автокаталитической деструкцией с изменением цвета от слоновой кости до темно-вишневого. Длительность пластикации должна быть минимальной.

ПА – кристаллические, гигроскопичные термопласты с высокой текучестью расплава. При расплавлении объем возрастает до 15%. Термостабильность невысокая, поэтому длительность пластикации ограничена. При нагреве в расплаве образуются пузырьки. Требует обязательной тщательной сушки. Желателен предварительный прогрев. Давление литья до 100 МПа. При литье наполненных ПА возможна ориентация частиц измельченного волокна. Желателен отжиг изделий.

ПК – относятся к теплостойким полимерам, характерна высокая вязкость расплава, термически стабилен. Вязкость в основном зависит от температуры. Температура формы до 100 °С. Гигроскопичен, требует длительной сушки и предварительного подогрева, в том числе и в бункере ЛМ.

ПЭТФ, ПБТФ и ПОМ относятся к полимерам с повышенной термостойкостью. Требуют тщательной сушки до содержания влаги менее 0,01%. Термостабильны. Вязкость расплавов средняя и низкая с увеличением температуры снижается. Тонкостенность изделий нередко достигается последующим раздувом (ПЭТ-бутылки).

Технологии литья

Изготовление металлических изделий методом литья – это широко распространенный способ получения деталей сложной конфигурации без использования дорогостоящего оборудования. Производители используют различные технологии литья. Благодаря этому детали можно получить такой точности, что не требуется дальнейшая механическая обработка. Автоматизация и механизация технологического процесса позволяет поставить получение отливок на поток.

Для литья пригодны такие металлы и сплавы как:

Для получения деталей определенного качества разрабатываются новые сплавы с различным процентным содержанием компонентов. От их наличия и количества во многом зависит температура плавления и жидкотекучесть расплава.

Новая технология в литье – прогрессивный способ разливки. Позволяет снизить себестоимость продукции в отличие от конкурирующих предприятий. Кроме издревле известных способов литья в землю или песчано-глинистые формы, для увеличения количества отливок используются неразрушаемые металлические формы – кокили.

Кроме перечисленных способов применяются такие методы литья как:

• под давлением:
  • избыточным;
  • вакуумическим;
• центробежное;
• в оболочковые формы;
• по моделям:
  • выплавляемым;
  • газифицируемым;
• точное (прецизионное).

Для литья чугуна с невысоким показателем шероховатости поверхности используются песчано-глинистые формы. Разлив производится как в опочные формы, так и в безопочные.

Использование типа формы зависит от массовости получения отливок. Так, разовые формы разрушаются, чтобы извлечь отливку. Из-за невысокой прочности состава, формы, предназначенные для разлива под небольшим давлением, изготавливаются толстостенными. Благодаря введению специальных связывающих материалов, придающих дополнительную прочность, форма изготавливается небольшой толщины, но с использованием опоки.

Для цветного литья используются более прогрессивные технологии.

Литье алюминия из-за его низкой температуры плавления сопряжено с некоторыми трудностями. Если разлив производится в формы из металла, то под давлением и с использованием специальных смазок, чтобы исключить появление дефектов.

Для получения ровной наружной поверхности и точного размера на изделиях, имеющих форму вращения, не только из алюминиевых, но и из других сплавов, используется центробежное литье. Центробежные силы распределяют расплавленный металл по форме равномерно. К тому же из расплава удаляются излишки воздуха и газов. Далее ознакомимся с некоторыми технологическими способами литейного производства.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

• крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
• заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

• сложной геометрической формы;
• с достаточно тонкими стенками;
• высокой точности;
• с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

• возможность получения размеров 9 класса и грубее;
• достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
• минимальная размер стенок — 0,6 мм;
• минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
• формирование наружной резьбы;
• накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

• высока цена на сами формы;
• разлив металлов с низкой температурой плавления;
• повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

• малым значениями температуры в период кристаллизации;
• пластичностью сплава;
• хорошей жидкотекучестью;
• инертностью к химическим реакциям;
• невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

• камера прессования:
  • горячая;
  • холодная;
• способ разливки:
  • горизонтальный;
  • вертикальный;
• механизм подачи сплава:
  • поршневой;
  • компрессорный.

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

В кокиль

При литье в кокиль, или в металлические формы, жидкий металл заливают свободно, то есть под действием гравитационных сил. Саму форму изготавливают разборной из двух частей, установленных на плиту. Для получения полостей и отверстий в предусмотренные канавки, в которые укладываются стержни. Для изготовления металлических форм используются стали и чугуны.

Процесс отлива в кокиль

Для удаления газов во время заливки предусматриваются вентиляционные каналы. Чтобы к внутренним поверхностям кокиля не прилипал расплав их облицовывают или красят огнеупорными составами. Толщина покрытия зависит от разливаемого металла и скорости его охлаждения. Перед покрытием полость формы очищается, а затем нагревается до температур 150 °С — 280 °С.

Особенности получения отливок:

1. Из-за высокой теплопроводности сплавы в кокиле быстро остывают, поэтому сплавы с малой жидкотекучестью должны иметь максимальную толщину стенок. Высокая скорость остывания формирует мелкозернистую внутреннюю структуру.
2. Металлическая форма неподатлива, поэтому в отливке отсутствуют дефекты, вызываемые остаточными деформациями, а также предотвращает усадку. Получаемая точность заготовок: стали и чугуны – 7-11 класс, цветные сплавы – 5-9 класс.
3. Отсутствие пригара.
4. Достигаемая шероховатость поверхности соответствует R_z = 40-10 мкм.
5. Кокиль – газонепроницаемая конструкция. Вентиляционные каналы и огнеупорные покрытия не могут полностью отвести газы. В связи с этим газовые раковины – это частое явление.

• постоянные характеристики для получаемых отливок;
• возможность использования песчаных стержней;
• высокая производительность;
• малое количество производимых операций;
• чистая поверхность готовых изделий;
• механизация работ;
• невысокая квалификация работников.

• значительная стоимость формообразующей оснастки;
• ограниченная стойкость форм;
• быстрое остывание расплава.

В кокиль отливаются практически все металлы, но большинство отливок — это чугуны и литейные стали.

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Прецизионное литье

Прецизионное литье, обладающее повышенной точностью, применяется уже не одно десятилетие. С его помощью можно изделиям придать любую форму и при этом не увеличивать затраты на производство.

Прецизионное литье металлов характеризуется тем, что отливки имеют:

• любую форму;
• высокую точность;
• минимальные припуски.

Данный способ литья используется при отливке мелких деталей весом от одного грамма до 10 кг.