Специальные способы литья

Литьё в оболочковые формы. Сущность способа заключается в заливке расплава в одноразовую форму, состоящую из двух предварительно скрепленных тонких оболочковых полуформ из песчано-смоляной смеси: мелкозернистого кварцевого песка (93…97 %) и термореактивной пластмассы, например, пульвербакелита (фенолоформальдегидной смолы в порошкообразном состоянии).

Последовательность изготовления полуформ показана на рис. 39. Металлическую модель с элементами литниковой системы закрепляют на модельной плите, нагревают до температуры 200 – 250 ^оС и насыпают песчано-смоляную смесь. Смола плавится, склеивает песчинки и через 15 – 25 с на модели (рис. 39, а) образуется полутвердая оболочка толщиной 6 – 12 мм. При повороте модельной плиты на 180^о (рис. 39, б) остатки смеси осыпаются. Затем модельную плиту с оболочкой помещают в печь, где при температуре 280 – 320 °С в течение 2 – 3 мин происходит окончательное твердение оболочки. После извлечения из печи оболочку (полуформу) с помощью толкателей снимают с модели (рис. 39, в). Аналогичным способом изготавливают песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

При сборке формы устанавливают стержень и совмещают полуформы по имеющимся на них выступам и впадинам. Скрепление полуформ производится металлическими скобами, струбцинами или склеиванием (рис. 39, г). Собранную форму помещают в опоку, засыпают снаружи сухим песком или металлической дробью (рис. 39, д) и заливают расплавом. После затвердевания отливки (рис. 39, е) оболочковая форма легко разрушается.

Литьём в оболочковые формы получают коленчатые и кулачковые валы, шатуны, цилиндры с ребрами жесткости и другие ответственные детали машин. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы этот способ литья позволяет на 20…40 % снизить массу отливок и на 40…60 % трудоемкость механической обработки.

Литьё по выплавляемым моделям. Этот способ литья основан на применении моделей из легкоплавкого материала (парафин, стеарин, воск и другие) и специальных облицовочных материалов, наносимых в жидком состоянии на модель. Облицовочный материал состоит из жидкого связующего (гидролизированный раствор этилсиликата, жидкое стекло и др.) и огнеупорного наполнителя (пылевидный кварц, корунд, магнезит и т.п.).

Последовательность изготовления форм по выплавляемым моделям показана на рис. 40. Модель отливки (рис. 40, а) получают путем запрессовки модельного состава в пастообразном состоянии в пресс-форму (рис. 40, б). В отдельной пресс-форме изготавливают модель литниковой системы, к которой припаивают модели отливки, получая, таким образом, модельный блок (рис. 40, в). Затем модельный блок окунают в облицовочный состав (рис.40, г) и обсыпают сухим кварцевым песком (рис. 40, д), повторяя эту операцию несколько раз. Каждый слой покрытия просушивается 2…4 часа на воздухе или 10…20 минут в парах аммиака через час после обсыпки. После нанесения и сушки последнего слоя из огнеупорной оболочки (формы) горячей водой или паром выплавляют модельный состав (рис. 40, е).

Полученную тонкостенную (4…6 мм) форму устанавливают в металлический контейнер и засыпают кварцевым песком, оставляя литниковую чашу доступной для заливки расплава. Затем контейнер помещают в печь, в течение 3..4 часов нагревают до температуры 850..950 ^оС и прокаливают форму 1…2 часа. В печи происходит выгорание остатков модельного состава и образование прочной керамической оболочки. Затем контейнер вынимают из печи и в горячую форму заливают расплав (рис. 40, ж).

После охлаждения отливки очищают от слоя огнеупорного покрытия. Из полостей и отверстий остатки формы удаляются химическим методом, например, выщелачиванием в кипящем растворе едкого калия, после чего следует промывка отливки в теплой воде с добавлением соды.

Литьём по выплавляемым моделям получают сложные по конфигурации и тонкостенные (до 0,3 мм) отливки для транспортного машиностроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов, лопаток турбин, режущих и измерительных инструментов. Литьё по выплавляемым моделям является самым длительным технологическим процессом из всех видов литья. Наибольший эффект достигается при производстве деталей, в структуре себестоимости которых большую долю составляют затраты на металл и фрезерную обработку, особенно при применении труднообрабатываемых конструкционных и инструментальных материалов.

Литьё в металлические формы. Сущность способа состоит в получении литых деталей путем заливки расплава в многократно используемую металлическую форму (кокиль). Кокиль обычно состоит из двух полуформ с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема, иногда со сложной (комбинированной) поверхностью разъема. Неразъемный кокиль применяют в тех случаях, когда отливка имеет простую конфигурацию.

Перед заливкой расплава в кокиль поверхности рабочей полости и разъема очищают от загрязнений; проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования и надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят пульверизатором или кистью слой огнеупорного покрытия (облицовка и краска), которое защищает кокиль от резкого нагрева и схватывания с отливкой и регулирует скорость охлаждения отливки, что предопределяет свойства металла отливки. Для лучшего сцепления облицовки и краски с рабочими поверхностями кокиль нагревают до температуры 150 – 200 °С газовыми горелками или электронагревателями.

После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры 150 – 350 °С, значение которой определяется химическим составом заливаемого сплава, толщиной стенок и размерами отливки. При сборке кокилей устанавливают (если он предусмотрен) песчаный или металлический стержень. Затем полуформы соединяют и скрепляют специальными зажимами, после чего производят заливку кокиля расплавом. Для уменьшения обжатия металлического стержня при затвердевании и охлаждении отливки, после того как металл приобретает достаточную прочность стержень «подрывают», т.е. частично извлекают из отливки до ее удаления из кокиля. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляют отливку из кокиля. Песчаный стержень из отливки выбивают после извлечения отливки из кокиля, а затем отделяют литники, прибыли и выпоры.

Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что может вызвать коробление отливки, появление внутренних напряжений и трещин в отливке. Расположение отливки в форме, способ подвода расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке расплава.

Литьё в кокиль позволяет в 2..3 раза повысить производительность труда в результате исключения операций приготовления формовочной смеси и формовки, уменьшения объема вредных для здоровья работающих операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, обрубки. Для получения отливок заданного качества (требуемых механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров) легче осуществлять регулирование технологических параметров процесса.

К недостаткам этого процесса следует отнести высокую стоимость кокиля, «отбел» поверхностного слоя в чугунных отливках и трудность получения тонкостенных отливок в связи с высокой интенсивностью охлаждения расплава в кокиле, ограниченную стойкость кокиля (особенно при получении стальных и чугунных отливок).

Литьё под давлением. Сущность способа заключается в том, что расплав заполняет металлическую форму и кристаллизуется в ней под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют. По способу создания давления различают: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, жидкую штамповку. Наиболее распространено формообразование отливок под поршневым давлением в литьевых машинах с горячей или холодной камерой сжатия.

В литьевой машине первого типа камера сжатия находится в тигле и сообщается с ним отверстием, через которое в нее поступает расплав. При движении поршня вниз отверстие перекрывается, и расплав по обогреваемому каналу поступает в полость пресс-формы, подогреваемой до температуры 150 – 240 ^оС. После затвердения отливки поршень возвращается в исходное положение, а остатки расплава из канала сливаются в камеру прессования. Пресс-форма раскрывается, отливка выталкивается из нее толкателями, после чего пресс-форма закрывается, и цикл повторяется.

В литьевой машине с холодной камерой сжатия расплавленный металл подается в разливочном ковше и заливается непосредственно в камеру прессования.

Литьё под давлением по сравнению с литьём в разовые формы позволяет снизить трудоемкость изготовления деталей в 10 – 12 раз при экономии металла до 30…40 %; получать отливки с минимальными припусками на механическую обработку, с отверстиями диаметром до I мм, с наружной и внутренней резьбой с шагом 0,7 мм. Отливки характеризуются высокими механическими свойствами, а сам процесс отличается высокой производительностью (до 500 отливок в час) и значительно меньшим загрязнением окружающей среды.

Центробежное литьё. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму. Жидкий металл за счет центробежных сил прижимается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Центробежное литьё дает возможность без применения стержней получать полые отливки, а при последовательной заливке различных сплавов, например, стали и бронзы – биметаллические отливки. Длинные трубы и гильзы отливают на машинах с горизонтальной осью вращения, короткие втулки, кольца, зубчатые венцы – на машинах с вертикальной осью вращения.

По сравнению с литьём в песчано-глинистые и металлические формы центробежный способ литья обеспечивает более высокое качество отливок и увеличивает выход годного литья на 20…60 % за счет отсутствия расхода металла на прибыли и выпоры.

Содержание работы

Работа включает: изучение сущности литья в песчано-глинистые формы, последовательности получения отливки и особенностей получаемых отливок, понимание сущности и технологических особенностей различных способов литейного производства, подготовку отчета.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технология конструкционных материалов: Учебник / под общей ред. А.М. Дальского. – М.:Машиностроение, 2005. - 592 с.

2. Технология конструкционных материалов: Учебнибное пособие для вузов / под ред. М.А. Шатерина. – СПб.:Политехника, 2005. - 597 с.

3. Технология конструкционных материалов: Практикум по технологическим методам обработки закотовок / под ред. В.И. Никифорова. – СПб.: Издательство Политехнического университета, 2008. - 305 с.

Поиск по сайту: