Milling-master.ru

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

Виды литейного производства

Виды литейного производства

Глава 3. Производство литых заготовок и изделий

§ 17. Основные виды литейного производства

Литейное производство объединяет различные способы получения литых заготовок и изделий. В литейном производстве имеются два главных процесса: получение металла или сплава в жидком состоянии и получение отливки посредством затвердевания расплава в литейной форме. Продукция литейного производства — чушки, слитки, фасонные отливки.

Подавляющая масса металла, используемая в современной технике, на определенной стадии переработки подвергается плавке и затвердеванию, т. е. процессам, присущим литейному производству. Современное литейное производство состоит из производства слитков и фасонно-литейного производства.

Производство слитков имеет целью получение литых заготовок из чистых металлов и сплавов для последующей обработки давлением на полуфабрикаты в виде балок, рельсов, листов, ленты, фольги, прутков, проволоки, труб. Эту отрасль литейного производства называют также заготовительным литьем. Слитки имеют форму призм, плит, сплошных и полых цилиндров. Слитки получают литьем в изложницы (так называемое наполнительное литье) и непрерывным или полунепрерывным литьем. Главная трудность при получении слитков заключается в обеспечении равномерного химического состава во всем объеме слитка, в получении здорового плотного металла без пузырей, усадочных раковин, пор и окисных плен. В слитках наиболее желательна мелкая равноосная макроструктура, поскольку при такой структуре облегчается пластическая деформация и уменьшается вероятность разрушения металла. Желательно также, чтобы оси и ветви дендритов имели минимальные размеры, а выделения упрочняющих фаз были возможно более мелкими. Такое состояние макро- и микроструктуры достигается тем полнее, чем больше скорость охлаждения, поэтому повышение интенсивности отвода тепла от слитков при затвердевании, как правило, является одним из главных путей улучшения их качества.

Для облегчения обработки давлением слитки подвергают предварительному отжигу, который приводит к снятию внутренних напряжений и гомогенизации — выравниванию состава в микрообъемах.

Литье в изложницы является более старым способом получения слитков, но с его помощью и теперь получают большую часть стальных слитков.

Непрерывное литье слитков начало развиваться с 1940 г. Сущность этого способа литья слитков заключается в том, что жидкий металл поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор, затвердевает там и в виде слитка непрерывно вытягивается из кристаллизатора. Процесс может быть полностью непрерывным, когда вытягиваемый слиток на ходу режется на мерные заготовки. Чаще процесс осуществляется как полунепрерывный, когда после вытяжки слитка длиной 3 — 6 м литье прекращается.

Особые случаи полунепрерывного литья имеют место при получении слитков дуговой, электронной и плазменной плавкой, а также злектрошлаковым переплавом. В этих процессах плавка и затвердевание совмещены в одном узле плавильного агрегата — в кристаллизаторе, а литья как такового нет: слиток непрерывно наплавляется сверху либо в глухом кристаллизаторе, либо в проходном с непрерывной вытяжкой. Такие способы получения слитков применяются для высококачественных сталей, титана, молибдена, циркония и других тугоплавких редких металлов и их сплавов.

Кроме обычных трудностей но обеспечению постоянного химического состава, высокой плотности без пузырей, усадочных раковин при получении слитков непрерывным и полунепрерывным литьем остро встают вопросы внутренних термических напряжений. Из-за интенсивного охлаждения эти напряжения достигают столь большой величины, что могут вызывать разрушение слитков. Особенно остро эта проблема стоит при получении слитков больших сечений.

Фасоннолитейное производство объединяет процессы, с помощью которых получают фасонные отливки, т. е. литые заготовки, очень близкие по форме к будущей детали. От последней фасонная отливка отличается припусками на механическую обработку и специальными технологическими литейными приливами в виде выпоров, прибылей, литниковой системы. Выпоры необходимы для вывода воздуха и газов из литейной формы в ходе ее заполнения расплавом. Прибыли представляют собой массивные приливы, размещенные возле утолщений на отливке. Они предназначены для пополнения усадки — убыли объема при кристаллизации расплава. Литниковая система представляет собой систему каналов (литниковая чаша — воронка, стояк, шлаковик-коллектор, литники-питатели), по которым жидкий металл поступает в рабочую полость литейной формы. Литниковая система необходима для того, чтобы заполнить форму спокойными потоками металла, без разбрызгивания и захвата газовых пузырей и окисных плен. В литниковой системе удерживаются неметаллические загрязнения, имеющиеся в расплаве. С помощью литниковой системы в определенной мере создаются условия направленного затвердевания отливки, обеспечивающие отсутствие усадочных пороков — раковин и пористости.

Фасоннолитейное производство по характеру использования литейных форм подразделяется на литье в разовые формы и литье в постоянные формы. В первом случае литейная форма используется один раз, так как при извлечении из нее полученной отливки она разрушается. Во втором случае литейная форма используется многократно — до нескольких сотен тысяч раз. Разовую литейную форму изготавливают из песчано-глинистых смесей с добавками воды или специальных связующих веществ, путем уплотнения ее вокруг модели. Основную массу фасонных отливок (более 90% по массе) получают в настоящее время из чугуна и стали литьем в разовые песчано-глинистые формы. Главное преимущество этой разновидности фасоннолитейного производства заключается в минимальных производственных затратах. Получение крупных отливок массой несколько сот килограммов и более практически невозможно какими- либо иными способами. Серьезный недостаток данного технологического процесса — невысокая точность размеров отливок. Это связано с самим способом изготовления форм, при котором приходится извлекать модель из уплотненной формовочной смеси, а форму собирать из двух — трех и более частей.

В последние 30 лет большое распространение получил процесс литья по выплавляемым моделям. Этот процесс предназначен для получения небольших отливок, обеспечивая весьма высокую точность их размеров. В данном процессе модель, изготовленную заранее из легкоплавкой органической массы, в процессе получения литейной формы не извлекают, а выплавляют.

Постоянные литейные формы изготовляют из чугуна и сталей. Применяют их в основном для получения фасонных отливок из алюминиевых и цинковых сплавов. Поскольку изготовление металлической литейной формы обходится весьма дорого, этот способ применяется при достаточно крупносерийном производстве. Применение металлических литейных форм позволяет существенно повысить точность размеров отливок и качество металла по механическим свойствам и плотности. Литье в металлические формы можно разделить на кокильное литье и литье под давлением, Кокильное литье получило название от слова «кокиль», которым обозначают металлическую литейную форму, заливаемую жидким металлом обычным способом. При литье под давлением жидкий металл запрессовывается в литейную форму с усилием до нескольких десятков тонн. Процесс ведется на специальных машинах; литейная форма называется прессформой.

Главные трудности фасоннолитейного производства заключаются в обеспечении необходимой точности размеров отливок и заданного уровня механических свойств. Очень важным является получение здоровой плотной отливки, не имеющей усадочных пороков в виде раковин, пористости или рыхлоты. Это достигается правильно организованным ходом затвердевания, при котором объемная усадка, проявляющаяся при кристаллизации металла, непрерывно и беспрепятственно восполняется жидким металлом из прибылей или литниковой системы.

В получении здоровой фасонной отливки очень большую роль играют литейные свойства сплавов (см. далее), а также правильная конструкция самой детали. Много осложнений при фасонном литье вызывает появление трещин от затрудненной линейной усадки. Проблема решается как регулированием состава сплава, так и технологическими приемами (окраска литейных форм, стержней, подбор связующих, нагрев формы и др.). Увеличение скорости охлаждения при получении фасонных отливок, вызывающее измельчение макро- и микроструктуры металла, является одним из главных способов повышения механических свойств фасонного литья. Кроме того повышение скорости охлаждения улучшает условия питания отливки, т. е. условия восполнения объемной усадки в ходе затвердевания. Это также благоприятно сказывается на свойствах.

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

1.1 Основные понятия и определения

Литейное производство, или литье – это способ изготовления заготовки или готового изделия путем заливки расплавленного металла в полость заданной конфигурации с последующим его затвердеванием.

Заготовки или изделия, получаемые методом литья, называют отливками.

Полость, заполняемая жидким металлом при литье, называется литейной формой.

Назначение литейной формы состоит в следующем.

1.Обеспечение необходимой конфигурации и размеров отливки.

2.Обеспечение заданной точности размеров и качества поверхности отливки.

3.Обеспечение определенной скорости охлаждения залитого металла, способствующей формированию требуемой структуры сплава и качества отливок.

По степени использования формы делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы служат для получения только одной отливки, изготавливают их из кварцевого песка, зерна которого соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы это формы, в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготавливают из керамики.

Постоянные формы формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготавливают обычно из чугуна или стали.

Основной задачей литейного производства является получение отливок с максимальным приближением формы и размеров поверхности к аналогичным параметрам готовой детали с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Основное достоинство формообразования заготовок литьем — возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Читать еще:  Изготовление литейных форм

Стоимость литых изделий нередко намного меньше, чем изделий, изготовленных другими способами, однако для литья применимы не любые сплавы, а только те, которые обладают хорошими литейными свойствами. Основными литейными свойствами являются.

1. Жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму, точно повторяя ее конфигурацию.

Чем выше жидкотекучесть, тем литейный сплав лучше. У стали и чугуна это свойство уменьшается с увеличением содержания серы и повышается с увеличением содержания фосфора и кремния. Перегрев сплава выше температуры плавления повышает его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть оценивают по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь, среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы, низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

2. Усадка – уменьшение размеров отливки при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Чем меньше усадка, тем литейный сплав лучше. Различают усадку объемную (уменьшение объема) и линейную (уменьшение линейных размеров). Это свойство зависит главным образом от химического состава сплава. Ориентировочно линейная усадка составляет 1% для чугунного литья и 2% – для стального и цветного. Разумеется, каждая конкретная марка литейного сплава имеет свое значение усадки.

3. Склонность к ликвации. Ликвацией называют химическую неоднородность по объему отливки. Чем меньше склонность к ликвации у литейного сплава, тем он лучше.

В литейном производстве применяют много самых различных сплавов. Наиболее распространенным является серый чугун, из которого в отечественном машиностроении делают около 75% отливок (по массе), из стали – около 20%, из ковкого чугуна – 3% и около 2% литых деталей изготавливают из сплавов цветных металлов.

Существует два способа заливки металла в формы.

1.Обычная заливка, при которой металл заполняет литейную форму свободно под действием силы тяжести. К этому способу относится литье в песчано-глинистые формы.

2.Специальные способы литья, их существует около 15, основными из которых являются:

· литье под давлением;

· литье в кокиль (в металлические формы);

· литье в оболочковые формы;

· литье по выплавляемым, выжигаемым или растворяемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы – основной метод производства отливок. Этим методом получают литые детали как простой, так и сложной формы, наиболее крупные отливки, которые нельзя получить другими способами.

Применение специальных способов литья позволяет уменьшить брак в литейном производстве. При литье в металлические формы, центробежным литьем обеспечивается получение отливок высокой точности. Наряду с этим специальные способы литья применимы лишь для изделий сравнительно небольших размеров (масса до 300 кг).

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект. В общем случае модельный комплект состоит из модели, стержневого ящика и моделей элементов литниковой системы.

Модель – это прообраз будущей отливки, с помощью модели формообразуется, в основном, ее наружная конфигурация. От отливки модель отличается материалом, наличием стержневых знаков (если отливка полая и для формирования полости необходим стержень), наличием разъема (если формовка производится по разъемной модели), размерами, превышающими соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Стержневой ящик – это часть модельного комплекта, предназначенная для изготовления стержня. Стержень, в свою очередь, необходим для формирования внутренней конфигурации отливки (для получения отверстий).

Литниковая система – это совокупность каналов в литейной форме, подводящих расплавленный металл, улавливающих шлак и неметаллические включения, отводящих из формы газы, а также питающих отливку жидким металлом в процессе ее кристаллизации.

1.2 Технология получения отливок

Технологический процесс производства отливок в песчано-глинистых формах включают формовку, т. е. приготовление полуформы и стержней; сборку литейных форм; заливку расплава, выбивку и очистку отливок.

Для изготовления литейных форм из формовочных смесей применяют модельно-опочную оснастку. В нее входят модели, модельные плитки, стержневые ящики и т. д.

Для облегчения изучения процесса изготовления отливки рассмотрим схему технологического процесса (рис. 1).

По чертежу детали (рис. 1, а) технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели и стержневого ящика. В модельном цехе по этим чертежам изготовляют модель (рис. 1, б) и стержневой ящик (рис. 1, в), при этом учитываются припуски на механическую обработку и усадку сплава при остывании. С целью получения опорных поверхностей для установки стержней на моделях выполнены стержневые знаки. По стержневому ящику формуют стержень (рис. 1, г), который предназначен для образования в отливке внутренней полости.

Для заливки формы металлом имеется литниковая система, состоящая из чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей и выпоров (рис. 1, e). При сборке в нижнюю полуформу устанавливают стержень, затем соединяют обе полуформы и нагружают балластом. Литейная форма в сборе показана на рис. 1, д.

В плавильном отделении расплавляют металл и заливают в формы. Остывшую отливку выбивают из формы и передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от формовочной стержневой смеси и обрубают остатки литника, заливы и др.

Модели – приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки – полости, соответствующие наружной конфигурации отливок. Отверстия и полости внутри отливок образуют при помощи стержней, установленных в форме при их сборке.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,5-2%, чугуна 0,8-1,2%, бронз и латуней 1-1,5% и т. д. Для облегчения изготовления моделей из формовочной смеси при формовке стенки моделей должны иметь формовочные уклоны (для деревянных моделей 1-3 0 , для металлических 1-2 0 ) В местах сопряжения, делают плавные сопряжения радиусом R = (1/5 — 1/3) средней толщины соприкосновения стенок.

Преимущество деревянных моделей – дешевизна и простота изготовления, недостаток – недолговечность. Модели окрашивают для чугунных отливок в красный цвет, для стальных в синий. Стержневые знаки окрашивают в черный цвет.

Металлические модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов. Эти сплавы легки, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

При машинной формовке обычно применяют металлическую модельную оснастку с установкой модели с установкой модели и литниковой системы на металлической модельной плите.

Стержни формуют в деревянных или металлических стержневых ящиках.

Формовка, как правило, производится в опоках – прочных и жестких металлических ящиках различной формы, предназначенных для изготовления в них литейных полуформ из формовочной смеси путем ее уплотнения.

Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси из природных песков и глин с добавкой необходимого количества воды. Качество, состав и свойства материалов и смесей зависит от условий службы их в литниковой форме.

Формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:

– прочность (для сохранения целостности при сборке, транспортировании, механическом воздействии);

– огнеупорность (при соприкосновении с металлом не должны плавиться, спекаться, пригорать к отливке, размягчаться);

– пластичность (сохраняют форму после снятия нагрузки);

– неприлипаемость смеси к модели, стержневому ящику и в плоскости разъема формы;

– легкость удаления смеси при очистке отливок;

– долговечность, т.е. способность смесей сохранять свойства после многократного использования;

Свежих формовочных материалов, т. е. песка и глины требуется в среднем 0,5 — 1 т на 1 т литья, в то время как расход смесей для изготовления форм и стержней составляет 4 — 7 т. Главной частью в смесях являются отработанные формовочные материалы, свежие материалы служат только для замены песчаных зерен, превращающихся в пыль, и для выполнения связующих способностей глин.

Зерновая часть песков должна состоять преимущественно из зерен кварца (SiO2) в лучших сортах песка содержание SiO2 ³ 97%, в худших содержание SiO2 ³ 90%.

К глинистой части песка условно относят все содержащиеся в нем частицы размером менее 0,022 мм.

Формовочные глины — это пески, содержащие более 50% глинистых веществ. Глины делятся на формовочные обыкновенные и бектонитовые. К бектонитовым относятся глины состоящие в основном из кристаллов монтмориглионита [Al2O3·4SiO2·H2O+nH2O]. Этот материал сильно набухает в воде, что увеличивает связующие свойства глин. Бектонит применяется для изготовления форм и стержней, не подвергающихся высушиванию.

Обыкновенные формовочные глины состоят в основном из кристаллов каолина Al2O3·2SiO2·2H2, не обладающих внутрикристаллическим набуханием.

Для стального литья берут самую огнеупорную глину с высокой термохимической устойчивостью — не менее 1580 О С, для чугуна – со средней устойчивостью не менее 1350 О С, для цветного литья термохимическая устойчивость глин не ограничивается.

Для изготовления формовочных и стержневых смесей, кроме песка и глины, применяют органические и неорганические связующие материалы. Органические связующие материалы сгорают и разлагаются при высоких температурах. К этим материалам относят льняное масло, олифу, крепетель (растительное масло, канифоль, уайт-спирт), пек торфяной и древесный, канифоль, пектиновый клей, патоку и ряд других. В качестве неорганических связующих используют цемент и жидкое стекло.

Читать еще:  Фасадная плитка технология изготовления

В литейных цехах, имеющих механизированные землеприготовительные заготовки, пользуются единой формовочной смесью. В цехах с меньшей степенью механизации употребляют облицовочные и наполнительные смеси, первые более качественные и служат для образования внутреннего, соприкасающегося с отливкой слоя.

Материалы для стержней – стержневые смеси – выбирают в зависимости от конфигурации стержней, их расположения в форме. Они должны иметь высокую прочность, обладать достаточной податливостью, чтобы не препятствовать усадке металла, хорошей газопроницаемостью. В производстве отливок из сталей и чугуна для приготовления таких стержней применяют качественные песчано-масляно-смоляные смеси (чистый кварцевый песок и полимерный связующий материал — смола или жидкое стекло). Стержни менее ответственные с более толстым сечением изготавливают из смесей, состоящих из 91-97% SiO2 и 3-4% глины с добавлением жидкого стекла или других связующих. Для массивных стержней используют менее качественные смеси, изготовленные из 30-70% SiO2, 20-60% оборотной земли и 7-10% глины, являющейся основным связующим.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм противопригарными материалами служат припылы, в качестве которых используют порошкообразный графит (для чугунных отливок) и пылевидный кварц (для стальных отливок). Для сухих форм приготавливают противопригарные краски. Краски представляют собой водные суспензии из тех же материалов графит (для чугуна), кварц (для стали) со связующими. Краски наносят на горячие формы и стержни, не успевшие остыть после сушки.

1.3 Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке. Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Виды литья металлов и сплавов

Литье – это получение деталей заливкой металлического расплава в заранее подготовленные формы. Металл, залитый в формы постепенно, переходит в твердое состояние и приобретает вид готовой детали.

Детали, полученные таким видом обработки, используют практически во всех отраслях промышленности – при производстве авиационных двигателей, станкостроении, бытовой техники, ювелирном деле, стоматологии и пр.

Для такой формы обработки пригодны практически все виды металлов, особенно те, которые обладают таким свойством, как текучесть. То есть металл в жидком состоянии полностью заполняет литейную форму и принимает вид искомой детали. В литейном производстве применяют следующие металлы:

  • черные (стали, чугуны);
  • цветные (медь, алюминий, титан и их сплавы);
  • редкоземельные и драгоценные (золото, серебро и пр.).

Для получения деталей различных форм применяют различные технологии литья, среди них есть такие как – литье в землю, выплавляемым моделям и пр.

Виды литья металлов и сплавов

В промышленности применяют множество видов литья. Самым распространенным можно назвать литье в землю (песчаные формы). Кроме этого, широко применяют отливку расплавленного металла в многооборотные формы.

Каждый вид литья в состоянии обеспечить определенный уровень качества получаемых деталей. Каждый из них имеет свои технологические и экономические характеристики. Например, для производства канализационных люков из чугуна применяют литье в землю, а для производства корпусов двигателей применяют литье под давлением.

При производстве множества деталей применяют виды получения точных отливок среди них такие, как – статическое, вакуумное, центробежное и пр.

Статическая заливка металла

Статическая заливка подразумевает то, что расплав подается в литьевую форму и находиться в ней до полного затвердевания.

Вид вакуумной заливки применяют при обработке титана и его сплавов, жаростойких и литейных сталей. Эти материалы подвергают разогреву в вакууме. Такой подход позволяет заметно снизить количество газов в расплаве, этот процесс называют вакуумной дегазацией.

Для литья под давлением применяют специальное оборудование, которое заливает расплав в форму под давлением от 7 до 700 МПа. На практике применяют два типа оборудования, в одном применяют холодную форму, во втором разогретую. Литье под давлением применяют для получения деталей из цветных металлов. Невысока температура плавления, в сравнении со сплавами на основе железа, позволяет получать качественные отливки с относительно невысокими затратами.

Такой вид литья, как под давлением предоставляет возможность получения качественной поверхности отливок, соблюдения геометрических параметров, а также шероховатости и пр. Использование этого вида обработки металлов практически устраняет из технологического процесса производства деталей необходимость дальнейшей механической обработки. Но, такая технология не всегда позволяет выплавлять детали сложной формы.

Литье по замораживаемым ртутным моделям

Еще один вид литья выполняют по замораживаемым ртутным моделям. По сути, этот вид повторяет технологию литья по восковым моделям. Но есть и некоторые отличия. Так, ртуть обладает меньшим объемным расширением, чем воск 3,4% против 9%.
Ртутные модели применяют для работы с титаном, особо прочными сталями и некоторыми цветными металлами. Такой вид литья позволяет получать отливки диаметром порядка одного метра и весом до 140 кг. Порядок производства формы по ртутной модели включает в себя:

  1. Заливку ртути, в форму, изготовленную из стали. Такая форма собирается из двух частей и плиты их разделяющей. Такой подход позволяет получить модель по частям.
  2. После того как ртуть заполнила форму, ее погружают в смесь, состоящую из сухого льда и ацетона. Температура смеси составляет -73 °C. Погружение должно происходить с небольшой скоростью. Это позволяет не допустить образование пустот, заполнить все углубления и точно повторить все очертания модели.
  3. По окончании процесса заморозки, разделяющую плиту удаляют и модель становиться одним целым.
  4. Формирование литниковой системы и ее присоединение к полученной модели.
  5. Полученную модель погружают в раствор керамики. Так, происходит получение начального слоя оболочки формы.
  6. По мере просыхания первого слоя комплект погружают в керамический раствор более высокой плотности. Так получают второй слой. Для получения следующих слоев эту операцию необходимо выполнить несколько раз.
  7. После того как форма готова из нее удаляют ртуть. Для этого в форму заливают этот же материал, но имеющим комнатную температуру.
  8. Готовая форма должна быть помещена в печь, разогретую до 1010 °C и находится там, в течение двух часов. За это время из нее будут удалены летучие составляющие. После термической обработки форму охлаждают на воздухе.

Процесс литья в формы

Перед тем как заливать металлический расплав в такие формы, ее необходимо подогреть. Заливку такой формы выполняют в вакууме. Это обусловлено тем, в ней остаются пары ртути небезопасные для человека.

Использование такого вида литья позволяет получать отливки с небольшой толщиной стен.

Вакуумное литьё

Технологический процесс литья в вакууме применяют для производства особо точных отливок из стальных специальных сплавов. При выполнении вакуумного литья из формы удаляют газы. Это позволяет получать отливки с тонкими стенками и высоким качеством структуры металла.

Существует несколько видов литья в вакууме:

После удаления воздуха происходит всасывание металла в литьевую форму, которую размещают над расплавленным металлом. Кристаллизация проходит под воздействием атмосферного или повышенного давления.

Расплавленный металл попадает в форму под воздействием давления, при этом форма располагается под расплавленным металлом.

Литье может быть осуществлено в специальном оборудовании, которое оснащено вакуумированными пресс-формами.

Вакуумное литье металлов часто используют одновременно с вакуумной плавкой.

Электрошлаковое литьё

Существуют виды литья металлов, которые в силу своей сложности и дороговизны целесообразно использовать для получения отливок для особо ответственных деталей.

Электрошлаковое литье выполняют в несколько этапов:

  1. Создание шихты, для этого применяют предварительно подготовленные электроды.
  2. Затем, электроды подогревают снизу. Для этого через токопроводящий шлак пропускают электричество. Оно разогревает шлак, и полученное тепло прогревает электроды.
  3. Стальной расплав рафинируют шлаком, который исключает его насыщение кислородом и освобождает его от примесей.
  4. В этом процессе применяют формы, выполненные из металла и оснащенные системой водяного охлаждения. Именно в ней происходит остужение металла и формирование детали. Если существует необходимость в получении заготовок с внутренними пустотами, то для этого применяют металлическими стержнями.

Основное достоинство этого вида отливки металла заключается в том, получается расплав без посторонних примесей и равномерной структурой стали. Такой вид плавки применяют для получения специальных сплавов, которые, получить другими видами не получается.

Жаропрочное литье

Жаропрочное литье — это сложный технологический процесс, направленный на изготовление отливок. В процессе жаропрочного литья формы заполняют определенным сплавом и затем обрабатывают специальными средствами.

Литье это, пожалуй, самый экономичный вид получения заготовок и они отличаются высокими качественными свойствами. Область применения жаропрочного литья весьма обширна. Его выполняют при температуре 1000 °C. Литье этого типа позволяет продлить срок эксплуатации и повысить надежность узлов и агрегатов, которые работают в агрессивных средах. При выполнении жаропрочного литья применяют множество приспособлений:

Читать еще:  Каковы возможности способов литейного производства

Литейное оборудование для жаропрочного литья

Жаропрочное литье позволяет обеспечить получение таких качеств, как:

  1. Прочность деталей под воздействием высоких температур.
  2. Стойкость к перепадам температур.

Нержавеющее литье

Коррозионно-стойкие стали – это такой вид материала, в состав, которого входит некоторое количество легирующих элементов, придающие ей стойкость к воздействию коррозии, возникающей и от влаги, и от различных химических веществ.

Основную роль в придании коррозионной стойкости стали играет хром. Именно от его реакции с окружающей средой зависит образование защитной пленки, которая защищает металл от коррозии. Контроль над правильностью пропорций компонентов нержавеющей стали осуществляется еще на стадии подготовки к плавке. Нержавеющее литье отличается качеством поверхности, это тоже является важным фактором повышения стойкости стали к воздействию коррозии.

Непрерывное литье

Получение слитков и других изделий, во время перемещения расплава вдоль зон заливки и остывания называют непрерывным литьем. При этом сама литьевая форма может оставаться неподвижной или совершать определенные перемещения.

Такой вид разлива металла позволяет получать отливки неограниченной длины. Но на самом деле длина отливок напрямую зависит от размеров производственного помещения. Качество получаемого металла напрямую зависит от равномерности скорости перемещения и разлива расплавленного металла, времени кристаллизации и вида удаления отливки. Для ускорения процесса кристаллизации применяют водяное охлаждение. Еще одно преимущество непрерывной разливки металла – это небольшое количество отходов, получаемых во время работы. Кроме того, эта технология разливки металла позволяет снизить трудоемкость процесса и уменьшить количество необходимо оснастки и инструмента.

Двухкомпонентное литье

Двухкомпонентное литье пластмассы позволяет получать самую разнообразную продукцию. Процесс двухкомпонентного литья выглядит следующим образом:

  • В пресс-форму впрыскивают поверхностный материал, который затвердевает на рабочих поверхностях.
  • После впрыска и отвердевания материала, который будет располагаться на поверхности в форму, подают базовый материал.

Порядок подачи материала при использовании этой технологии может быть изменен в зависимости от параметров изготавливаемой продукции. Основная особенность такого вида получения деталей – это контроль над количеством материала. Если пропорции не соблюдены, то деталь может быть испорчена.

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.

Остальные характеристики литейной формы (объемная, оболочковая, опочная, безопочная, кесонная и т. д.), составы и свойства формовочных смесей, способы их уплотнения или упрочнения, характеристики отливок и сплавов для их изготовления, типы производства и другие характеристики, определяют лишь варианты этого технологического процесса и оборудование для выполнения конкретных операций.

Указанный технологический процесс и варианты его осуществления – предмет рассмотрения дисциплины «Технология литейного производства».

Из многочисленных разнообразных специальных технологий литья в первую очередь целесообразно выделить способы, обладающие характерными признаками, отличными от традиционной технологии.

Рассмотрим способы литья, отличающиеся применяемыми инструментами – литейными формами.

I. Литье в разовые неразъемные литейные формы из дисперсных огнеупорных материалов с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему, как в традиционной технологии.

Особенность этого способа – использование разовой модели, которую для удаления из неразъемной формы разрушают до или в процессе заполнения формы расплавом. В этот способ входят литье по выплавляемым, выжигаемым, растворяемым и газифицируемым моделям. В настоящее время наибольшее распространение получило литье по выплавляемым моделям, а новым и развивающимся процессом является литье с использованием моделей из фотополимерных материалов.

II. Литье в полупостоянные или постоянные разъемные формы с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему.

Общая характеристика этого способа – разборная литейная форма, состоящая из полупостоянных (или постоянных) и разовых элементов. Конструкция формы должна позволять извлекать отливку без повреждения многократно используемых элементов формы. Основной метод – литье в кокиль.

Известно также литье в углеродные (графитовые) формы.

Характерные признаки следующих способов – дополнительные воздействия на расплав при заполнении формы и затвердевании отливки. В этих случаях тип и конструкция литейной формы определяются требованиями к отливке и параметрами воздействия на расплав и кристаллизующуюся отливку.

III. Литье с различными дополнительными воздействиями на расплав при заполнении формы в целях получения, главным образом, тонкостенных отливок или отливок с массивными и тонкими частями:

1) запрессовка металла в форму с высокими скоростями поршневой системы (литье под давлением), при этом применяются лишь металлические разъемные литейные формы (пресс-формы) и не исключается использование стержней и формообразующих вставок из дисперсных огнеупорных материалов;

2) литье под регулируемым, относительно невысоким газовым давлением (литье под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием и др.), что позволяет применять разъемные и неразъемные литейные формы из любых материалов, обладающих достаточной огнеупорностью и прочностью;

3) центробежное литье фасонных отливок с возможностью использования разнообразных конструкций литейных форм. Однако при центробежном литье тел вращения (труб, втулок, гильз и др.) обычно применяют формы специальной конструкции – изложницы;

4) способы, основанные на других принципах заполнения формы (литье выжиманием, погружением форм в расплав и др.).

Конечно, воздействия на расплав продолжаются и после заполнения им формы, что способствует повышению плотности отливок и качества их поверхности.

Приведем способы, в которых наиболее значимо воздействие на расплав в период затвердевания. Такие способы используют для получения особо плотных отливок со специальной микроструктурой.

IV. Литье под всесторонним газовым давлением (автоклавное литье) с применением литейных форм из различных материалов; литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка) с использованием металлических форм.

V. Литье с воздействием на расплав, оказывающим существенное влияние на формирование микроструктуры отливок. К таким способам можно отнести способы с электрическим и электромагнитным воздействием на расплав до, во время или после его поступления в форму, с ультразвуковой обработкой расплава и др.

VI. Способы, основанные на формировании свойств отливок при непрерывных и полунепрерывных процессах литья: непрерывном литье с использованием стационарных и подвижных кристаллизаторов; литье вытягиванием из расплава и полунепрерывном литье для получения отливок постоянного профиля по длине; электрошлаковом литье, литье с последовательным заполнением, литье намораживанием и другие способы для получения фасонных отливок.

VII. Способы получения отливок с различными специальными свойствами: армированных отливок; отливок из композиционных материалов и др.

В производстве литых заготовок специальные технологии литья занимают значительное место. Традиционным литьем в песчано-глинистую форму получают 70…75 % отливок от общего объема производства и только 25…30 % отливок – специальными технологиями литья (это далеко не точно характеризует объем производства специальными технологиями литья). Как правило, специальными технологиями обычно изготовляют некрупные отливки из черных сплавов и большинство легких отливок из цветных сплавов. Поэтому по количеству получаемых отливок специальные технологии литья не уступают традиционному литью в песчано-глинистые формы.

Следует отметить, что влияние специальных технологий литья в промышленности не одинаково. Они обладают разной универсальностью, а некоторые из упомянутых выше способов находятся в стадии разработки или освоения. Описать все существующие методы в рамках одного учебника невозможно, так как это задача справочной и специальной литературы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector