Milling-master.ru

В помощь хозяину
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Сущность технологического процесса литья

СУЩНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛИТЬЯ

Технологии литейного производства на современном этапе позволяют получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Отливки надежно работают в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Они используются в изготовлении строительных конструкций, станочного и прессового оборудования, морских судов, деталей бытового оборудования.

Под литейным методом понимают процесс получение заготовок путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки.

В современном литейном производстве наиболее часто применяются два основных способа:

· литье в песчаные формы,

· специальные способы литья.

Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов в широком диапазоне весов и размеров. Сущность этого процесса заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта.

Этапы технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах представлены на рисунке 17.1.

Рис. 17.1. Этапы технологического процесса изготовления отливок в песчано-глинистых формах

Под литейной моделью (рис. 17.2) понимают приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели разъемные и неразъемные, деревянные, металлические и пластмассовые. На рисунке 17.2, б показана модель для литья в песчано-глинистую форму изготовленная самым современным способом – прототипированием.

Рис. 17.2. Деталь, полученная литьем в песчано-глинистую форму (а) и ее литейная модель (б)

· Под стержневым ящиком (рис. 17.3) понимают формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Литейные стержни устанавливают для образования: полостей, отверстий, иных сложных контуров заготовки.

Рис. 17.3. Стержневой ящик: 1,2 — полуформы ящика, 3 — фрагмент опоки, 4 — готовый стержень, 5 — виды стержней в машиностроении

Для приготовления смесей используются природные и искусственные материалы. Обычно используется кварцевый или цирконовый песок и связующие добавки. Добавки обеспечивают прочность, пластичность и термическую устойчивость формовочной смеси.

Приготовление формовочной смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление.

Изготовление литейных форм по своей физической сущности аналогично строительству норок ребенком в песочнице. Ребенок кладет одну руку на песок, засыпает ее сверху и утрамбовывает его второй рукой. После утрамбовки песка ребенок вытаскивает руку из него и там остается «норка», по размерам и форме напоминающая его засыпаемую песком руку.

В реальной технологии литья вместо руки ребенка используется модель того изделия, которое будут отливать. Литейная форма обычно состоит из верхней и нижней полуформ, которые изготавливаются в опоках. Основные операции изготовления литейных форм показаны на рисунке 17.4.

Рис. 17.4. Основные операции изготовления литейных форм

Форму собирают и заливают расплавленным металлом. Заливка осуществляется из ковшей чайникового, барабанного и других типов. Литейную форму заливают расплавленным металлом через литниковую систему. Под литниковой системой понимают совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы.

Процесс охлаждения отливок длится от нескольких минут (для небольших тонкостенных отливок) до нескольких суток и недель (для крупных толстостенных отливок). Для сокращения продолжительности охлаждения используют методы принудительного охлаждения водой или воздухом.

Выбивка отливки – это процесс удаления затвердевшей и охлажденной до определенной температуры отливки из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Осуществляют на специальных выбивных установках.

Обрубка отливок – это процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ. После обрубки отливки зачищают.

Очистка отливок – это процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с наружных и внутренних поверхностей отливок. Осуществляется в галтовочных барабанах, в гидропескоструйных и дробеметных камерах, а также химической или электрохимической обработкой.

Несмотря на универсальность и относительную дешевизну, процесс литья в песчаные формы связан с большим грузопотоком вспомогательных материалов и высокой трудоемкостью. 15-20% массы заготовки превращается в стружку при последующей механической обработке.

Переход к специальным способам литья дает возможность снизить припуски на механическую обработку и количество стружки до 5-7%.

Специальные способы литья позволяют:

· получать отливки повышенной точности и с более высокими показателями чистоты поверхности,

· снижать расходы на материалы формовочных смесей.

В современном машиностроительном производстве существуют более 50 способов специального литья, отличающихся от литья в песчаные формы следующими признаками:

— конструкцией литейных форм,

— материалом литейных форм,

— использованием внешних воздействий для заполнения форм и т.д.

Наиболее распространенные специальные способы литья показаны на рисунке.17.5.

Рис. 17.5. Специальные способы литья

· ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ – это процесс литья, когда расплавленный материал подается в литейную форму под достаточно большим давлением, что позволяет значительно снизить риск получения брака в виде раковин и пористости, (рис. 17.6). Сначала металл доставляется в камеру прессования (рис.17.6, а), затем подается в полость пресс-формы (рис.17.6, б). После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, стержень извлекается, и отливка удаляется из рабочей полости пресс-формы (рис. 17.8,в).

Рис.17.6. Схема процесса литья под давлением: заливка металла (а), прессование (б), извлечение заготовки (в), заготовки, полученные этим способом (г); 1— поршень давления, 2 — части формы, 3 — поддерживающие элементы, 4 — полость пресс-формы, 5— выталкиватель

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ – это процесс, когда модели изготавливают в пресс-формах из легкоплавкого материала (воск или стеарин) (рис. 17.7, а), которые попеременно погружают в клеевой состав и в «кипящий» песок, наращивая тем самым слой склеенного песка на поверхностях моделей. Затем все это помещают в печь или кипяток, где легкоплавкий материал моделей расплавляется и вытекает из форм и они помещаются в печь для прокаливания.

Рис. 17.7.Сзема процесса по выплавляемым моделям: восковая модель (а), оболочковая форма (б), процесс заливки (в), заготовки, полученные данным способом (г)

Получается прочная, но хрупкая оболочка (рис. 17.7, б), в которую заливают расплавленный материал (рис. 17.7, в), а после затвердевания отливки форма легко разрушается от небольшой динамической нагрузки, например, от удара молотком или от небольшого нажатия прессом.

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ по технологии процесса изготовления литейных форм такая же, как и по выплавляемым моделям, но сами модели делают так же, как для литья в песчаные формы. Это позволяет делать литейные формы по простой и дешевой технологии и получать крупногабаритные отливки, но производительность процесса значительно ниже, чем при литье по выплавляемым моделям.

ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ – это процесс литья в металлическую форму многоразового использования, что обеспечивает достаточно высокую производительность процесса, но требует гораздо больших затрат на ее изготовление.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ – это процесс, когда литейная форма должна вращаться при подаче в нее расплавленного материала, который под действием центробежных сил прижимается к стенкам формы (рис. 17.8).

Рис. 17.8. Схема процесса вертикального центробежного литья (а), заготовки, полученные этим способом (б); 1— двигатель для вращения, 2 — изложница, 3 — расплавленный металл, 4 — ковш

Центробежные силы способствуют уплотнению материала отливки, снижая риск получения брака в виде пористости и раковин. Эта технология позволяет получать многослойные отливки из различных материалов.

При непрерывном литье расплавленный металл из металлоприемника через графитовую насадку поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор и затвердевает в виде отливки, которая вытягивается специальным устройством.

Для производства отливок специальными способами литья чаще всего используют:

· серые, высокопрочные и ковкие чугуны;

· углеродистые и легированные стали;

· медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы;

· сплавы тугоплавких металлов (титан, молибден, вольфрам).

Преимуществами специальных способов литья являются:

· изготовление заготовок с высокой весовой точностью (для специальных способов литья);

· изготовление отливок практически неограниченных габаритов и массы;

· получение заготовок из сплавов, неподдающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием (магниты).

Читать еще:  Перечислите технологическую последовательность машинных и вто операций

Наиболее подробно с некоторыми процессами литья Вы познакомитесь на лабораторных работах.

Литье под давлением. Суть процесса. Основные операции и область использования

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием давления пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это приводит к необходимости кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления, в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс, реализуемый на специальных гидравлических машинах, обеспечивает получение oт не-скольких десятков до нескольких тысяч отливок разного назначения в час с высокими механическими свойствами, низкой шероховатостью поверхности и размерами, соответствующими или максимально приближенными к размерам готовой детали. Толщина стенки отливок может быть менее I ,0 мм, а масса – от нескольких граммов до десятков килограммов.

В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной (рисунок 4.1) и горячей (рисунок 4.2) камерами прессования.

Рисунок 4.1 – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру прессования; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы; г – выталкивание отливки; 1 – пресс-форма; 2 – пресс-поршень; 3 – камера прессования; 4 – стержень; 5 – толкатель

Рисунок 4.2 – Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования: а – заполнение камеры прессования расплавом; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки; 1 – камера прессования; 2 – заливочное отверстие; 3 – тигель с расплавом; 4 – обогреваемый канал; 5 – пресс-форма; 6 – пресс-поршень; 7 – отливка; 8 – толкатели

Основные операции технологического процесса зависят от конструктивного решения камер прессования.

На машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 (рисунок 4.1, а) к очередному циклу, ее сборки и запирания с помощью запирающего механизма литейной машины в камеру прессования 3 подается доза расплава. Затем под действием пресс-поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость пресс-формы (рисунок 4.1, б). После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры извлекают стержни 4 и раскрывают пресс-форму (рисунок 4.1, в), а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы (ри-сунок 4.1, г). Механизмы машины приходят в исходное состояние. Литники и заливы отделяются, от отливки, как правило, с помощью обрезного пресса, расположенного около литейной машины, либо механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается.

На машинах с горячей камерой прессования особенность технологического процесса заключается в том, что камера прессования 1 (рисунок 4.2, а) располагается в тигле 3 и сообщается с ним заливочным отверстием 2. Через это отверстие при исходном положении пресс-поршня 6 расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу 4 поступает в рабочую полость пресс-формы 5 (рисунок 4.2, б). Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение и слива остатков расплава из канала 4 в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 7 толкателями 8 (рисунок 4.2, в).

Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах, что обеспечивает возможность комплексной автоматизации технологического процесса, способствует существенному улучшению санитарно-гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду.

Особенности формирования отливок и их качество

При литье под давлением основные показатели качества отливки – точность размеров, шероховатость поверхности, механические свойства, плотность и герметичность – определяются следующими особенностями ее формирования:

1. Кратковременность заполнения полости пресс-формы расплавом. Скорость поступления расплава в пресс-форму для разных отливок и сплавов колеблется от 0,3 до 140 м/с, продолжительность ее заполнения 0,02 – 0,3 с, а конечное давление на расплав может достигать 500 МПа. Это позволяет, несмотря на высокую скорость охлаждения расплава в форме, изготавливать весьма сложные корпусные отливки с толщиной стенки менее 1 мм из сплавов с низкой и даже близкой к нулю жидкотекучестью (таким свойством обладают, например, сплавы, находящиеся в твердожидком состоянии). Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и давление, передаваемое на него в момент окончания заполнения формы, способствуют получению отливок с низкой шероховатостью поверхности.

2. Газонепроницаемость материала пресс-формы. Вентиляция рабочей по-лости происходит посредством специальных вентиляционных каналов. При высоких скоростях поступления расплава в полость пресс-формы воздух, а также газообразные продукты разложения смазочного материала, образующиеся при его взаимодействии с расплавом, не успевают полностью удалиться из пресс-формы за время заполнения ее расплавом. Они препятствуют заполнению пресс-формы и попадают в расплав, приводя к образованию неслитин, неспаев, раковин и газовоздушной пористости в отливках. Газовоздушная пористость приводит к уменьшению плотности отливок, снижению их герметичности и пластических свойств. Воздух, газы, продукты разложения смазочного материала, находящиеся в порах отливки под высоким давлением, затрудняют ее термическую обработку: при нагреве прочность отливки снижается, а давление газов в порах повышается, что вызывает коробление отливки, на ее поверхности появляются пузыри.

Для снижения газовоздушной пористости в отливках используют ряд технологических приемов, а также специальные способы литья под давлением (см. подраздел 4.2).

3. Высокая интенсивность теплового взаимодействия между материалом отливки и пресс-формой, обусловленная ее высокими теплопроводностью и теплоемкостью, малым термическим сопротивлением слоя смазочного материала и продуктов его разложения, значительным давлением расплава и отливки на стенки пресс-формы, улучшающим контакт между ними. Это способствует получению мелкозернистой структуры, особенно в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности и высокой производительности процесса.

4. Передача в момент окончания заполнения металлом пресс-формы давления, развиваемого пресс-поршнем в камере прессования, на расплав в полости формы. Это улучшает питание отливки, способствует уменьшению усадочной пористости, сжатию газовоздушных включений. В результате воз-растают плотность, герметичность и механические свойства отливки. Однако эффективность действия подпрессовки ограничена, так как это давление на расплав в пресс-форме действует только до тех пор, пока питатель не затвердеет.

5. Использование металлической пресс-формы с точными размерами и низкой шероховатостью рабочих поверхностей. Это способствует получению высокоточных отливок по массе, геометрии и размерам. Высокая точность размеров отливок (классы 1 – 4 по ГОСТ 26645—85 (изм. № 1,1998)) позволяет уменьшить припуски на обработку до 0,3 – 0,8 мм, а в некоторых случаях полностью исключить обработку резанием. Остается только зачистка мест удаления питателей, соединительных каналов промывников и облоя. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) при литье под давлением достигает 0,95 – 0,98. Шероховатость поверхности отливок, полученных под давлением, зависит в основном от шероховатости поверхности пресс-формы и технологических режимов литья. Обычно эти отливки имеют шероховатость от Rz = 160 – 80 мкм (сплавы на основе меди) до Rz = 1,00 – 0,32 мкм (цинковые сплавы).

Эффективность производства отливок и область их применения

Учитывая опыт производства отливок под давлением, можно отметить следующие его преимущества:

1. Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).

2. Возможность повышения качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокими.

3. Возможность многократного использования металлической пресс-формы. При этом сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, а процесс получения отливки является малооперационным. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации данного производства.

4. Значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды.

Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет и ряд недостатков, в том числе следующие:

1. Габаритные размеры и масса отливок ограниченны мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания).

2. Высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изго-товления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы пресс-форм повышает эффективность производства, позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением.

Читать еще:  Технология изготовления форм для литья

3. Трудности изготовления отливок со сложными полостями, поднутрениями, карманами.

4. Наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости, которая снижает механические свойства материала отливок, их герметичность, ограничивает возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Устранение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение которой позволяет расширить область применения этого перспективного технологического процесса, повысить эффективность его использования.

5. Наличие напряжений в отливках при усадке из-за неподатливости пресс-формы также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки данным способом.

С учетом преимуществ и недостатков способа литья под давлением определяется рациональная область его использования. Вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности литье под давлением экономически целесообразно применять в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях специальных сплавов и сталей.

Этот процесс с полным основанием может быть отнесен к малооперационным и практически безотходным технологиям, так как литники и облой подвергают переплавке, а отходы в стружку малы. Наивысшие экономические показатели достигаются при изготовлении отливок под давлением на машинах с горячей камерой прессования.

Электронная библиотека

Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Литьем получают заготовки различной конфигурации, размеров и массы из различных металлов и сплавов — чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых и других сплавов. Литье — это наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ получения изделий.

Процесс литья заключается в том, что расплавленный ме­талл заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответст­вует форме и размерам будущей заготовки. После охлаждения и затвердевания заготовка (или деталь) извлекается из формы. Продукция литейного производства называется отливкой.

Литейные формы могут быть разовыми (для изготовления одной отливки) и постоянными (многократного применения).

В зависимости от того, в какую форму (постоянную или разовую) заливается металл и каким способом происходит заливка, существует тот или иной метод литья. В настоящее время до 60 % чугунных и стальных отливок получают мето­дом литья в песчано-глинистые формы. Для получения отли­вок высокой точности размеров, хорошего качества повер­хности и лучшей структуры металла применяют специальные методы литья (в кокиль, под давлением, центробежным спо­собом, по выплавляемым моделям и др.).

Технологический процесс получения отливок в разовых песчано-глинистых формах (рис. 3.5) включает ряд продолжительных операций, связанных с приготовлением формовочных и стержневых смесей, изготовлением модельной оснастки, стержней, сушки их, формовки и т.д. Несмотря на то, что в настоящее время трудоемкие операции этого метода механи­зированы и автоматизированы, он все же остается сравни­тельно низкопроизводительным и трудоемким методом литья. Поэтому литье в песчано-глинистые формы применяют в ос­новном, в единичном и опытном производстве, а также в тех случаях, когда изделие другими способами получить невоз­можно или трудно. На предприятиях, производящих отливки в массовом количестве, созданы автоматические и полуавто­матические поточные линии. Недостатками литья в песчано-глинистые формы являются также низкая точность размеров и плохое качество поверхности отливок, что вызывает необ­ходимость обязательной последующей механической обработки, а это ведет к потерям металла в стружку и удлиняет технологический цикл изготовления изделия.

Рис. 3.5. Схема изготовления литейной формы:

1 – опока; 2 – стояк; 3 – выпоры; 4 – стержень; 5 – жеребейки

Литье в кокиль — один из распространенных способов по­лучения отливок в металлических постоянных формах. Кокили изготавливают из чугуна, стали, алюминия. По конструкции кокили бывают неразъемные и разъемные. Наиболь­шее распространение получили разъёмные кокили, состоящие из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоскос­тью разъема. Для повышения производительности труда при литье в кокиль применяют многопозиционные машины кару­сельного типа, на определенной позиции которых последова­тельно выполняется одна из операций.

Преимуществами литья в кокиль, по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, являются: более высокая точность размеров и качество поверхности отливок; лучшие механи­ческие свойства, что связано с повышенной скоростью ох­лаждения отливки и получением более тонкой структуры; более высокая производительность.

Литье под давлением — высокопроизводительный метод получения отливок высокой точности размеров из сплавов цветных металлов (алюминиевых, цинковых, медных, магни­евых). Суть метода состоит в заполнении металлической пресс-формы расплавленным металлом под давлением порш­ня. Отливки получают на машинах литья под давлением – полуавтоматах.

Центробежное литье — производительный метод изготов­ления отливок, имеющих поверхности тел вращения, с цент­ральным отверстием — труб, втулок и др., а также деталей фасонного литья. Сущность метода заключается в заполнении расплавленным металлом вращающейся формы. Под действи­ем центробежных сил жидкий металл отбрасывается к стен­кам формы и затвердевает. В результате получается плотная структура отливки без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и уда­ляются при дальнейшей механической обработке.

Отливки из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов изготавливают центробежным способом на машинах центро­бежного литья с горизонтальной и вертикальной осью враще­ния. Фасонное литье малой высоты получают на машинах с вертикальной осью вращения. На машинах с горизонтальной осью вращения изготавливают чугунные и стальные трубы, втулки и другие детали с отверстием. Достоинствами центро­бежного литья являются: высокие производительность, эко­номичность (не требуется затрат на приготовление формо­вочной смеси, изготовление стержней и др.) и качество полу­чаемых отливок.

Литье по выплавляемым моделям применяется для полу­чения отливок высокой точности размеров и качества поверх­ности из любых литейных сплавов. С его помощью можно получать изделия сложной конфигурации с тонкими сечения­ми. Однако технологический процесс данного метода литья отличается высокой трудоемкостью и высокой стоимостью применяемых материалов. Технологический процесс литья по выплавляемым моделям включает следующие операции: изго­товление модели — эталона отливки из легкообрабатываемо­го сплава (алюминиевого); изготовление пресс-формы по металли-ческому эталону, в которой прессуют модель из легко­плавких материалов (парафина, стеарина, полистирола, вос­ка и др.); изготовление оболочки путем многократного нане­сения на модель огнеупорного состава — керамической сус­пензии с кварцевым песком с последующим просушиванием (обработкой горячим воздухом) при температуре 150…200 °С для удаления легкоплавкой модели; прокаливание получен­ной литейной формы в печи при 800…850 °С; заливка фор­мы. Очистку отливки от остатков керамического покрытия производят выщелачиванием с последующей ее промывкой в горячей воде. Высокая стоимость отливок, полученных этим методом, позволяет применять этот способ лишь для изго­товления изделий особо сложной конфигурации из труднооб­рабатываемых и тугоплавких материалов в массовом или крупносерийном производстве.

Оболочковое литье применяют в массовом и крупносерий­ном производстве для изготовления фасонных отливок из стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов. Сущность ме­тода состоит в том, что на поверхность предварительно на­гретой до 200 °С металлической модели, прикрепленной к подмодельной плите, насыпают формовочную смесь (кварце­вый песок и 6…7 % бакелитовой синтетической смолы), затем все вместе прокаливают при t = 300 °С в течение 1…2 мин. Смола расплавляется и необратимо затвердевает, обра­зуя песчано-смоляную оболочку толщиной 5…8 мм. Оболоч­ковые полуформы собирают, скрепляют и заливают жидким металлом. Изготавливают эти полуформы на одно-, двух- и четырехпозиционных машинах с полуавтоматическим или автоматическим управлением. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность размеров отливки, малую ше­роховатость поверхности, высококачественную структуру ме­талла. Для выбора метода литья при получении заготовок необходимо учитывать все факторы, влияющие на технико-экономические показатели процесса.

Сущность литья под давлением

Выполняют машинным способом в металлические формы, называемые пресс-формами. Заполнение металлом пресс формы осуществляют после её смыкания через литниковые каналы, которые соединяют рабочую полость пресс-формы с камерой прессования машины для литья под давлением. Наружные очертания отливки образуются рабочей поверхностью сомкнутой пресс-формы, а внутренние отверстия и полости получают при помощи металлических стержней, которые извлекают из затвердевшей отливки в момент раскрытия пресс-формы. Стержни имеют механически привод в виде реек, шестерен, зубатых секторов, клиньев, эксцентриков, кинематически связанных с механизмом раскрытия пресс формы.

Читать еще:  Что такое опока в литейном производстве

Металл заливают в камеру прессования и запрессовывают внутрь рабочей полости пресс-формы. После кристаллизации отливки происходит раскрытие пресс-формы для извлечения отливки, при этом отдельная часть остается неподвижной, а остальные части отводятся гидроприводом. Отливка удерживается в подвижной части и перемещается с ней до соприкосновения с выталкивателями, которые выталкивают отливку из подвижной части пресс-формы. Отливка может быть извлечена из раскрытой пресс формы при помощи манипулятора или робота. Для предотвращения сваривания рабочей поверхности пресс-формы с отливкой и облегчения извлечения отливки полость пресс-формы покрывают составами в виде паст или распыляющих жидкостей, содержащих порошки металлов, графит, сульфид молибдена.

Преимущественно используют сплавы на основе меди, алюминия, цинка, свинца, сурьмы, которые оказывают незначительное тепловое воздействие на пресс-формы. Разгар и деформация пресс-форм приводят к потере точности и чистоты поверхности отливок. Для сохранения постоянства размеров пресс-формы делают водоохлаждение. В последнее время все шире начинают использоваться тугоплавкие сплавы, например, стали, требующие очень дорогих пресс-форм с жаропрочными вставками из сплавов на основе молибдена. Внутренние полости в отрезках поучают при помощи латунных стержней. После кристаллизации стальной отливки латунный стержень остаётся внутри неё, при высокотемпературном отжиге он выплавляется из отливки, оставляя после себя полость.

Опивки, полученные литьём под давлением, отличаются чистотой поверхности и точностью, соответствующей 4 классу. Допуски на размеры находятся в пределах от ±0,075 до ±0,18 мм. Литьё под давлением экономически целесообразно для крупносерийного и массового производства точных отливок из легкоплавких сплавов. Трудоёмкость изготовления отливок литьём под давлением в литейных цехах снижается в 10-12 раз, трудоёмкость механической обработки снижается в 5-8 раз. Данный способ литья нашёл широкое применение в автомобильной, авиационной, электротехнической, приборостроительной, санитарно-технической отраслях промышленности.

Часто отливки, изготовленные литьём под давлением, армируют для упрочнения. Конструктивные элементы из других более прочных или износостойких сплавов предварительно получают механической обработкой или холодной листовой штамповкой и вкладывают в пресс-форму перед заполнением её металлом. При литье год давлением цинковых сплавов пресс-формы выдерживают без разрушения и потери точности 1 млн. заполнении металлом, магниевых сплавов — 250 тыс. заполнений, алюминиевых сплавов — 100 тыс., медных ставов — 5000 заполнений. Процесс формирования опивки проходит 3 этапа:

  • — сплав с большой скоростью (до 50 м/с) за короткое время (0,01-0,6 с.) заполняет полость пресс-формы, перемещаясь с воздухом и парами смазки, находящимися в полости формы, образуя металловоздушную смесь;
  • — в момент окончания заполнения пресс-формы происходит кратковременный и сильный гидравлический удар, прижимающий металл к поверхности пресс-формы, и поверхностный слои отливки (0,2 мм.) получается очень плотным и мелкокристаллическим;
  • — подвижная половина пресс-формы под воздействием гидроудара отходит и на отливке по разъёму пресс-формы образуется заусенец;
  • — кристаллизация отливки происходит с большой скоростью, что приводит к недостаточному питанию отливки жидким расплавом, но дефектов усадочного происхождения в отливках не наблюдается, т. к., газы в порах находятся под большим давлением и, расширяясь, способствуют полному заполнению полости пресс-формы металлом, повышая точность отливки, однако механические свойства металла и особенно его пластичность ухудшаются. Газовые поры, находящиеся под плотной литейной коркой, не позволяют выполнять термическую обработку отливок из цветных сплавов, так как при высоких температурах газы расширяются и поры увеличивают свой объём, образуя пузыри и вспучины на поверхности отливок.

Для снижения пористости отливок в практике полость пресс-формы и расплавленный металл вакуумируют или воздух в рабочей полости пресс формы замещают кислородом, который не смешивается с металлом а образует тонкие окисные плёнки на поверхности отливки, не снижая её качества. Машины для литья под давлением бывают 2 типов — компрессорные и поршневые. Наибольшее распространение получили поршневые машины с холодной и горячей камерой прессования. Горячая камера прессования находится внутри тигля с расплавленным металлом, а холодная — отдельно от расплавленного металла и располагается горизонтально или вертикально. Современные машины для литья под давлением имеют полностью автоматизированный рабочий цикл с программным управлением, автоматизированы регулировка усилия смыкания пресс-форм, изменение скорости прессования, блокировка узлов при появлении неисправностей в машине.

Поршневые машины с холодной горизонтальной камерой прессования (рис. 1, а) имеют пресс-форму, состоящую и0з 2 частей.

Половина пресс-формы 1 крепится к подвижной плите машины, а половина 3 — к неподвижной 4. Стержни, образующие полости в отливках, чаще находятся в подвижной половине для удобства их извлечения из отливки. Подвижная полуформа 1 с большим усилием прижимается к неподвижной 3.

Затем доза жидкого металла 5 заливается в камеру прессования 7 и впрессовывается плунжером 6 в рабочую полость пресс-формы 2. После кристаллизации сплава подвижная часть пресс-формы 1 отходит, и отливка выталкивателями 8, которые крепятся на плите, расположенной за подвижной полуформой, выталкивается на конвейер или в тару.

Общий вид машины для литья под давлением с холодной горизонтальной камерой прессования приведен на рис 1, г. Неподвижная часть пресс формы крепится к плите 4, а подвижная — к плите 3, которая перемещается по направляющим штангам 2 гидроприводом с рычажным механизмом. Запрессовывание металла в литейную форму производится плунжером 5, который входит в камеру прессования, расположенную в плите 4 Плунжер 5 перемещается в осевом направлении гидроприводом 6. Гидросистема машины для плавности работы II поддержания постоянным высокого давления имеет ресивер 7.

Все механизмы и агрегаты машины объединены жесткой станиной 8. На рис 1 показана отливка блока цилиндров, полученная на машине такого типа. Поршневые машины с холодной вертикальной камерой прессования (рис. 1, б) имеют пресс форму, аналогичную по конструкции пресс форме предыдущей машины, состоящую из подвижной части 1 и неподвижной 3, но металл поступает в неё из вертикальной камеры 6.

В камере прессования 6 перемещаются верхний плунжер 4 и нижняя пята 7. Верхний плунжер выходит за пределы камеры прессования, а в образовавшееся отверстие заливается доза металла 5 на поверхность пяты 7, которая перекрывает отверстие литниковой системы 8, соединяющее рабочую полость 2 пресс-формы с камерой прессования 6. Затем верхний плунжер 4 начинает сжимать металл, и под этим давлением пята 7 опускается и открывает отверстие литниковой системы 8.

Металл под большим давлением и с большой скоростью впрыскивается в рабочую полость 2 пресс-формы.

Рис 1. — Схемы процессов и машина для литья под давлением:

а — с горизонтальной холодной камерой прессования;

б — с вертикальной холодной камерой прессования;

в — с горячей камерой прессования;

г — машина с горизонтальной холодной камерой.

Для создания избыточного давления необходима доза металла, несколько большая, чем требуется для отливки, поэтому между верхним плунжером и пятой остается пресс остаток в виде цилиндра. При поднятии верхнего плунжера нижняя пята также начинает подниматься вверх, срезает пресс остаток и выводит его за пределы камеры прессования, а затем опускается в исходное положение (до перекрытия отверстия литниковой системы). Подвижная часть пресс формы 1 отходит, и отливка извлекается при помощи выталкивателей 9. После извлечения отливки и закрытия пресс-формы цикл повторяется вновь.

Поршневые машины с горячей камерой прессования (рис. 1, в) оснащены тигельной печью 9, в которой в течение рабочей смены находится расплавленным металл 7. Сама камера прессования 8 помещена в тигле непосредственно в расплавленном металле. Когда прессующий плунжер 6 поднят, то расплавленный металл через отверстия в камере заполняет ее, а при движении плунжера 6 вниз перекрываются впускные отверстия и металл под давлением поступает в рабочую полость 2 пресс-формы, присоединенной к камере прессования через переходной мундштук 5.

После кристаллизации сплава в полости 2 подвижная полуформа 1 отходит, толкатели 10 упираются в неподвижную плиту и отливка выталкивается. Затем подвижная полуформа 1 смыкается с неподвижной 3, закрепленной на плите 4, а плунжер 6 поднимается, камера 8 заполняется из ригеля металлом 7, и цикл повторяется. На таких машинах можно получать мелкие и сложные отливки из цинковых, оловянных, свинцово-сурьмянистых и других легкоплавких сплавов.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector