Cпециальные способы изготовления отливок

Категория:
Литейное производство


Cпециальные способы изготовления отливок

В современном литейном производстве широко применяются прогрессивные специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением. Главным преимуществом их по сравнению с литьем в песчаные формы является то, что они дают возможность получать отливки более точные по размерам и конфигурации, с меньшей шероховатостью поверхностей, в результате чего уменьшается, а в некоторых случаях полностью исключается их механическая обработка. Кроме того, эти способы позволяют максимально механизировать и автоматизировать технологические процессы и тем самым повысить производительность труда.

1. Литье в оболочковые формы

Этот прогрессивный способ изготовления отливок был впервые внедрен в 1953 г. на Кировском заводе, а затем и на многих других предприятиях Ленинграда. В настоящее время в специализированном цехе Тихвинских производств объединения «Кировский завод» более 40 наименований деталей из стали и чугуна для трактора «Кировец» изготовляются способом литья в оболочковые формы.

Большой вклад в развитие этого прогрессивного способа получения отливок, в его механизацию внес ленинградский проектно-технологический институт ВПТИэлектро.

Сущность процесса и области применения. Литьем в оболочковые формы изготовляют различные детали двигателей, насосов, вентиляторов, текстильных машин, коленчатые валы и др. Максимальные габаритные размеры отливок — до 1 м, масса — до 200 кг.

Сущность процесса основана на свойстве термореактивных смол, входящих в состав песчано-смоляных смесей, быстро и необратимо отверждаться под воздействием тепла нагретой до температуры 200—250 °С модельной оснастки.

Рис. 1. Схема изготовления оболочковых полуформ.

После соответствующей выдержки (в течение 20 с или несколько более, в зависимости от требуемой толщины оболочки) термореактивная смола плавится и связывает отдельные зерна песка, образуя на моделях и плите полу-отвержденную оболочку. После возвращения бункера в исходное положение не успевшая прогреться смесь ссыпается в бункер (рис. 1, в). Модельная плита открепляется и вместе с образовавшейся оболочкой на 1—2 мин помещается в электрическую печь, нагретую до температуры 325—375 °С, для окончательного отверждения оболочки.

Остывшая оболочка с помощью толкателей снимается с модельной плиты и спаривается со второй оболочковой полуформой, изготовленной аналогичным способом. Оболочковые полуформы скрепляются скобами, струбцинами или — при массовом производстве — склеиваются различными клеями на специальном оборудовании. Собранные формы устанавливают в металлический короб, для упрочнения их засыпают металлической дробью и подают на заливку.

Материалы для оболочек. Для изготовления оболочковых форм применяют пески, термореактивные смолы, увлажнители, растворители, разделительные составы, клеи и различные добавки.

Пески. Обычно используются обогащенные или природные кварцевые пески классов 061 К, 062К, ОбЗК и 1К зернистостью 02А (Б), 016А(Б) или 01А(Б). Для ответственных отливок применяют также цирконовые пески.

Рис. 2. Схема установки под заливку собранных полуформ в металлических коробах.

Термореактивные смолы. Связующими материалами являются фенолформальдегидные смолы: ПК-Ю4 — в виде порошка, СФ-010 и СФ-015— в виде чешуек. Порошок ПК-104 наиболее универсален. Он используется в песчано-смоляных смесях механического смешения при холодном и теплом плакировании. Смолы СФ-010 и СФ-015 применяются только при горячем плакировании.

Плакирование —покрытие зерен песка тонкой пленкой связующего — осуществляют с целью его экономии и улучшения качества смесей, а также для возможности их использования при пескодувных и пескострельных процессах.

Увлажнители служат для предотвращения расслоения смеси, а также ее пыления в процессе использования. Обычно это керосин или веретенное масло, которое вводят в смесь в количестве 0,3—0,5% от ее массы.

Разделительные составы применяют для устранения прилипания отвержденных оболочек к поверхности модельной оснастки. На поверхность оснастки их наносят кисточкой или пульверизатором.

Песчано-смоляные смеси могут быть механическими и плакированными. Первые состоят из песка, порошкообразной смолы и увлажнителя. Все составляющие смеси перемешиваются в лопастных смесителях или бегунах.

Плакированные смеси готовятся несколькими способами: холодным, теплым и горячим. При холодном плакировании сухой песок смешивают со смолой и растворителем одновременно, затем вводят добавки и продувкой холодным воздухом удаляют растворитель. Теплое плакирование отличается от холодного тем, что песок предварительно подогревают до температуры 80 °С или смесь продувают не холодным, а нагретым до 70—80 °С воздухом. При горячем плакировании предварительно нагретый до температуры.

Применение оболочковых форм эффективно только при комплексной механизации и автоматизации технологического процесса.

2. Литье по выплавляемым моделям

Литье в формы, получаемые по выплавляемым моделям, — один из наиболее древних способов изготовления отливок. Он применялся для отливки скульптур, памятников, украшений, предметов домашнего обихода и орудий труда. В промышленности этот способ начал использоваться в сороковые годы для изготовления деталей из сплавов, не поддающихся обработке давлением и резанием.

В настоящее время — это высокомеханизированный и автоматизированный процесс, широко применяемый в различных отраслях промышленности, в том числе и на ленинградских предприятиях.

На заводе турбинных лопаток впервые в стране был налажен выпуск литых лопаток для паровых и газовых турбин. Прогрессивный способ внедрен в объединении имени Карла Маркса, на заводе имени Воскова и ряде других предприятий. Этим способом изготовляют отливки массой от 10 г до 100 кг с минимальной толщиной стенок 0,7—1 мм. Точность размеров литых заготовок соответствует 5—6-му классам, а шероховатость поверхности — 4 6-му классам, что позволяет отливать заготовки с минимальными припусками (0,2—0,7 мм) под шлифовку и полировку.

Сущность процесса заключается в следующем. По разъемным пресс-формам из легкоплавких модельных составов, обычно состоящих из парафина, стеарина, буроугольного и торфяного восков и других компонентов, выполняют разовые модели и литниковые системы. После полного застывания и затвердения их извлекают из пресс-формы и собирают в модельные блоки. На рис. XII 1.3, а показан такой блок, собранный на металлическом стояке из отдельных модельных звеньев, с литниковой воронкой. Нижнюю часть стояка закрывают колпаком (из того же состава), припаиваемого к нижней модели звена.

При серийном и мелкосерийном производстве способ сборки модельных комплектов иной. Литниковую чашу и питатель-шлакоуловитель изготовляют по пресс-форме преимущественно из возврата модельного состава. На моделях зачищаются швы и посадочные торцы. Нагретый паяльный ноле (тонкую металлическую пластинку) накладывают на питатель, а поверх ножа устанавливают модель. После оплавления участка на питателе и посадочном торце модели нож удаляют и модель припаивают к питателю.

Рис. 3. Схема собранного модельного блока.

На собранные таким образом модельные блоки наносят несколько (три-четыре) слоев огнеупорного покрытия, каждый из которых состоит из слоя огнеупорной суспензии, обсыпанной кварцевым песком. Огнеупорная суспензия состоит примерно из 35% (по массе) гидролизованного этилсиликата и 65% пылевидных огнеупорных материалов. Этилсиликат — эфир ортокремниевой кислоты (C2H50)4Si — играет роль связующего благодаря способности в присутствии воды выделять гель — кремнезем в виде студенистого осадка, обволакивающего и скрепляющего зерна кварца в монолитную массу.

В зависимости от материала модели удаляют из оболочки горячей воде, с помощью пара или нагретого воздуха.

Основные материалы для изготовления моделей и форм. В зависимости от требований, предъявляемых к точности размеров отливок и к шероховатости поверхностей, их изготовляют из различных модельных составов: легкоплавких — на основе восков, тугоплавких — на основе смол и солевых — на основе карбамида (технической мочевины).

Крупные отливки и отливки высокой точности, какими являются, например, турбинные лопатки, выполняют из модельного состава КС 80-20, а менее ответственные при механизированном процессе — из составов ПС 50-50, Р-3 и др.

Для образования керамической формы, обладающей термической стойкостью при прокалке и заливке, применяют следующие формовочные материалы:
— для приготовления суспензии — пылевидные материалы — искусственный и плавленый кварц, микропорошки электрокорунда и др.;
— для обсыпки блоков после окунания в суспензию — кварцевые пески, электрокорунд, циркон, силлиманит и др.

Наполнителем служат кварцевый песок, шамотная крошка и др.

При приготовлении суспензии в качестве связующих используют этилсиликат марок 32 и 40 с содержанием Si02 соответственно 32 и 40%, а в качестве растворителя при его гидролизе — этиловый и гидролизный спирт.

Модели изготовляют по металлическим пресс-формам (из стали и алюминиевых сплавов), у которых рабочие поверхности имеют высокую размерную точность и низкую шероховатость.

В последнее время процессы литья по выплавляемым моделям механизированы и автоматизированы. Так, автоматизированы операции изготовления моделей, нанесения покрытий, выплавки моделей из оболочек, сушки, формовки, прокалки.

3. Литье в металлические формы-кокили

Литье в металлические формы — прогрессивный способ получения мелких и средних отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, чугуна, стали в серийном и массовом производстве.

По сравнению с литьем в песчаные формы он имеет ряд преимуществ: трудовые затраты на изготовление отливок сокращаются более чем в 2 раза, их себестоимость снижается на 15—25%, съем отливок с формовочных площадей увеличивается более чем в 2 раза, брак сокращается в несколько раз.

Сущность процесса. Для получения фасонных отливок сплав заливают в металлические (в основном из чугуна и стали) формы, которые выдерживают от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч заливок.

Качество отливок и экономичность процесса во многом зависят от технологичности их конструкции, которая должна иметь простую конфигурацию, что облегчает изготовление металлической формы без резких переходов от толстых стенок к тонким, без выступающих частей, острых углов и – кромок, углублений и поднутрений, препятствующих усадке и удалению отливки из форм; иметь необходимую толщину стенки, обеспечивающую возможность заполнения формы.

Типы металлических форм. В зависимости от конструкции литых деталей, материала и принятой технологии изготовления отливок металлические формы могут, быть: неразъемными (вытряхными), разъемными —с горизонтальным разъемом, с несколькими разъемами, с вертикальным разъемом, со сложной плоскостью разъема.

Заготовки металлических форм чаще всего выполняют из серого чугуна СЧ18-36, высокопрочного — марки ВЧ50-2, а также ц3 стали марок 25Л и 35Л.

Цапфы, ручки и шайбы изготовляют из углеродистых сталей стержни — из углеродистой марок У7 — У10, а теплоотводящие вставки — из меди марки М-1.

Рис. 4. Типы литейных металлических форм.

В зависимости от требований к точности размеров и шероховатости рабочих поверхностей формы они могут быть получены литьем или механической обработкой. Последняя обходится значительно дороже и осуществляется при литье из цветных сплавов.

Для увеличения стойкости форм на их рабочие поверхности наносят защитные покрытия, которые также уменьшают отбел отливок из серого чугуна. При изготовлении чугунных и стальных отливок на рабочие поверхности наносят облицовочный слой и затем окрашивают их; при отливках из легких сплавов достаточно одной окраски.

Для повышения стойкости форм их подогревают до температуры 200 °С при отливках из медных и алюминиевых сплавов, до 250 °С — из магниевых и до 300 °С — чугунных. После подогрева форм и нанесения на них защитных покрытий приступают к их сборке и заливке.

Для механизации и автоматизации процессов изготовления отливок в металлических формах широко применяют станки с ручным и механическим приводами, индивидуальные полуавтоматические машины, карусельные станки и автоматизированные линии

4. Центробежное литье

При центробежном литье заливка жидкого сплава производится в быстровращающиеся металлические формы, при этом сплав под воздействием центробежных сил оттесняется к стенкам формы. Наружная поверхность отливки оформляется стенками формы-изложницы, а внутренняя образуется под действием центробежных сил и сил тяжести.

Рис. 5. Схемы центробежного литья.

Возникающие при вращении жидкого сплава в изложницах центробежные силы способствуют хорошему заполнению форм сплавом, уплотняют ее структуру и одновременно перемещают на внутреннюю поверхность более легкие составляющие — шлаковые и газовые включения.

Машины для центробежного литья строятся с горизонтальной, вертикальной, а иногда с наклонной осями вращенйя.

В машинах с горизонтальной осью вращения металлическая форма заполняется жидким сплавом из ковша по желобу. Сплав затвердевает в виде полой цилиндрической заготовки.

На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 5, б) получают пустотелые заготовки в виде кольца. Их внутренняя поверхность не имеет строго цилиндрической формы, так как под влиянием сил тяжести толщина стенок внизу получается несколько большей, чем вверху, поэтому высота литых заготовок ограничена.

Фасонные отливки с полостями изготовляются с помощью стержней, установленных в формы.

Центробежный способ литья имеет ряд преимуществ: увеличивается выход годного благодаря отсутствию надобности в литниковой системе, в том числе и прибылях, повышается качество отливок, снижатся брак и т. п.

Рекомендуемая частота вращения формы при производстве отливок втулок, труб и т. п.

Центробежный способ литья в ряде случаев приводит к резкому сокращению брака отливок. Так, на ленинградском заводе турбинных лопаток рабочее колесо турбонаддува диаметром 400 мм и массой 19 кг, представляющее собой ступицу с 26-ю лопатками, ранее изготовляли по выплавляемым моделям, при этом тонкие кромки лопаток сплавом не заполнялись, в результате чего брак Достигал недопустимых пределов, При новой технологии, сохранив

На ленинградских предприятиях имеется опыт отливки этим способом толстостенных втулок из медных сплавов диаметром до 1 м, длиной до 3,5 м и массой до 7,5 т, а также крупных маслот из легированной стали.

5. Литье под давлением

Этот наиболее прогрессивный способ получения литых заготовок по производительности, точности размеров отливок, шероховатости поверхности значительно превосходит все другие. Его применяют для изготовления заготовок из цветных сплавов на основе цинка, алюминия, магния и меди. Широко используется он в при-боро- и автомобилестроении, точном машиностроении, в оптико-механической промышленности и ряде других отраслей при серийном и массовом производстве.

Наличие в настоящее время большого выбора машин для литья под давлением, усовершенствованных пресс-форм, методов подвода сплава и вентилирования пресс-форм дает возможность изготовлять сложные заготовки с точностью размеров по 3—5-му классам и шероховатостью поверхностей по 5—8-му классам. Заготовки можно получать с готовыми отверстиями, резьбой, накаткой, цифрами и надписями. Наименьшая толщина стенок литых заготовок составляет 0,6 мм.

Сущность процесса заключается в том, что жидкий сплав поступает в металлическую пресс-форму под давлением, которое осуществляется на специальных машинах с горизонтальной и вертикальной камерами прессования.

В полость цилиндра ложкой заливается сплав, который поршнем запрессовывается в рабочую полость пресс-формы через литниковый канал. После затвердевания сплава подвижная полуформа вместе с отливкой

Я литниковым остатком отходит и перемещается до тех пор, пока упор не встретит на своем пути ограничитель хода. С помощью специальных толкателей отливка удаляется нз пресс-формы. Неподвижная полуформа с плитой остается при этом на месте. После окончания рабочего цикла прессующий поршень возвращается в исходное положение

Технологические особенности процесса. Для процесса литья под давлением характерны высокая скорость прессования и большое удельное давление на сплав в пресс-форме. На качество отливки оказывают влияние марка сплава, конструкция заготовки, конструкция и качество поверхности пресс-формы, а также температура сплава и самой пресс-формы в момент заливки.

Рис. 6. Схема процесса литья под давлением.

Сплавы. При литье под давлением к сплавам предъявляют следующие основные требования: жидкотекучесть при небольшом перегреве (на 15—20 °С выше температуры плавления); минимальная усадка; достаточная прочность к моменту удаления заготовки из пресс-формы. Этим требованиям отвечают сплавы на основе систем: алюминий — кремний марок АЛ2, АЛ9 и др.; алюминий — кремний — медь марок АЛЗ, АЛ5 и др.; алюминий — магний марок АЛ8, АЛ 13, АЛ27 и др.

Наилучшими литейными свойствами обладают цинковые сплавы. К ним относятся сплавы на основе цинка, алюминия и меди. Из магниевых сплавов наиболее удовлетворяют требованиям литья под давлением сплавы марок МЛ5 и МЛ6. Для предохранения магниевого сплава от контакта с атмосферой и создания окисной пленки применяется присадка бериллия в количестве до 0,01%. Из медных сплавов наибольшее распространение получили сплавы меди с цинком — латуни марок ЛК80-ЗЛ и ЛС59-1ЛД.

Машины для литья под давлением. Для литья сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца применяют машины с горячей камерой прессования, а для литья всех сплавов — машины с холодной горизонтальной или вертикальной камерой прессования. Горизонтальная камера прессования более удобна, позволяет упростить конструкцию машины и ее эксплуатацию.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум