МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Волгоградский государственный социально–педагогический университет» (ФГБОУ ВО «ВГСПУ») Институт технологии, экономики и сервиса Кафедра технологии, экономики образования и сервиса Контрольная работа по технологии конструкционных материалов: разработка учебного элемента на тему: Специальные виды литья Выполнил: студент ИТЭС группы ТЭ-ЭТБ-21 Егоров Т.В. Проверил: доц. каф. технологии, экономики образования и сервиса Кисляков В.В. Волгоград 2019 1 Учебный элемент Тема: «Специальные виды литья» Содержание: 1. 2. 3. 4. 5. Литейные свойства сплавов; Виды литья: Литье в металлических формах; Литье в оболочковые формы; Литье по выплавляемым моделям; Литье под давлением; Центробежное литье. Выбор способа литья. Цель: Изучив данный учебный элемент, вы сможете: - Узнать о технологиях получения отливок - Узнать о свойствах различных сплавов Материально-методическое обеспечение и средства обучения: - глоссарий основных понятий и терминов…………………………………..…3 - структурно-логические схемы……………………………………….…………5 - краткие сведения из теории……………………………………………….……7 - задания для самопроверки……………………………………………….……24 - рекомендуемая и дополнительная литература…………………………….…27 - ответы………………………………………………………………………...…29 2 ГЛОССАРИЙ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ И ТЕРМИНОВ Литьё — заполнение чего-либо (формы, ёмкости, полости) материалом, находящимся в жидком агрегатном состоянии [14]. Жидкотекучесть — это свойство сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить её очертания в отливке [3]. Касательное напряжение. Напряжение – это сила, деленная на площадь поверхности, на которую она действует. Когда прилагаемая сила направлена по касательной к поверхности (напряжение сдвига) образуется касательное напряжение. В Реологии касательное напряжение связано с давлением расплава пропорционально (предполагаемое измеряемому касательное напряжение прямо давлению), касательное напряжение, деленное на скорость сдвига, дают вязкость при сдвиге. Напряжение выражается (в системе Си) в паскалях (Па) или ньютонах на кв метр [8]. Сечение в электротехнике — площадь поперечного сечения проводника в одножильном проводе или сумма площадей поперечного сечения проводников, составляющих многожильный провод; указывается в мм2или в калибрах AWG (в среде электриков и электротехников 1 мм2 часто в обиходе называется «квадрат»; например, «провод, сечением 4 квадрата») [14]. Поверхностное натяже́ние — термодинамическая характеристика поверхности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными [15]. Уса́дка мета́ллов (спла́вов) — уменьшение объёма и линейных размеров отливок в процессе их формирования, а также охлаждения от температуры литья до температуры окружающей среды [7]. 3 Ликвация (от лат. liquatio — разжижение, плавление) – в металлургии, сегрегация, неоднородность химического состава, возникающая при его кристаллизации. В процессе кристаллизации обычно образуются кристаллы твердого раствора дендритного типа. Поэтому оси первого порядка, которые возникают в начальный момент кристаллизации, имеют в своем составе преимущественно более тугоплавкий компонент сплава. Периферийные слои кристалла и межосные пространства кристаллизуются в последнюю очередь и будут обогащены менее тугоплавкими компонентами сплава. В результате образуются кристаллы, неоднородные по своему химическому составу [1]. Коки́ль (фр. coquille, англ. chill mould) — разборная форма для литья [16]. Суспе́нзия (от лат. suspensio, подвешивание) — взвесь, в которой твёрдое вещество равномерно распределено в виде мельчайших частиц в жидком веществе во взвешенном (не осевшем) состоянии [5]. Прокаливание – Нагревание твердых веществ до высокой температуры с целью освобождения от примесей; достижения постоянной массы; проведения реакций, протекающих при высоких температурах и др [8]. Опо́ка (от польск. порода) — кремнистая микропористая осадочная порода. В старой советской литературе называлась кремнистой глиной и кремнистым мергелем [10]. 4 СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И ХРОНОЛОГИЧЕСКИЕ ТАБЛИЦЫ Литейные свойства сплавов Жидкотекучесть Ликвация Заполняемость Усадка Схема 1. Литейные свойства сплавов. Виды литья Центробежное В металлических формах В оболочковые формы Под давлением По выплавляемым моделям Схема 2. Виды литья. 5 ХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ТАБЛИЦА Таблица 1. Развитие литейного производства. Год <7 в. н. э. 7-8 в. 9 в. 15 в. 16 в. Технология, событие Для изготовления сложных отливок использовали глиняные формы: Моделью служила восковая фигура, которую лепил из этого материала художник. Модель обмазывали глиной, оставляя отверстие для заливки жидкого металла и вывода газов. Глиняную форму прокаливали, при этом воск из нее выплавлялся, и форма приобретала прочность, затем в нее заливали расплавленный металл. Появление двусторонних форм из твердого камня с разветвленными литниковыми системами. Позже стали применять формовку в глине. Металл плавили в тиглях. Производили медные и бронзовые изделия — предметы домашнего обихода, украшения, оружие (стрелы, наконечники копий). Освоение производства литых бронзовых пушек. Появление чугуна. Применение сырого кварцевый песок и смешанной с шерстью глины. Позже вместо глины стали применять более прочный материал — гипс. По изготовленной гипсовой модели мастер готовил гипсовую же форму, по состоящую из нескольких частей, с таким расчетом, чтобы ее можно было снять с модели. Снаружи гипсовые куски покрывали внешним слоем гипса, который, затвердевая, образовывал как бы раковину для кусков гипса. Таким образом, форма состояла из двух слоев: внутреннего (отдельных кусков) и наружного (кусков-раковин). Внутреннюю поверхность гипсовой формы смазывали, наносили на нее восковой слой такой толщины, какую должна была иметь отливка. Затем устанавливали металлический каркас — основание стержня. Вокруг него снова собирали гипсовую двухслойную форму. Заливали внутрь специальный стержневой состав на основе алебастра. После его затвердевания форму разбирали, причем слои воска оставался на стержне. Модель отделывали, зачищали, припаивали к ней восковые модели литниковых каналов. Затем наносили кистью особый формовочный состав, который, засыхая, образовывал облицовочный слой формы. После этого форму обкладывали кирпичами толщиной 150—200 мм, стягивая их металлическими обручами. Сушку формы производили на месте. Сначала выплавляли воск, а расплавленную бронзу заливали в нагретую до 900—950°С форму. После остывания и очистки отливки производили при необходимости чеканку рельефа. 6 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ Литейные свойства сплавов В производстве отливок важную роль играют литейные свойства сплавов, обеспечивающие хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов — раковин, трещин и др. К основным литейным свойствам сплавов относятся: жидкотекучесть, заполняемость, усадка и ликвация [16]. Жидкотекучесть — это способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее. Заполнение литейных форм является сложным гидродинамическим и физико-химическим процессом. Главным фактором, определяющим уровень жидкотекучести, теплофизические являются свойства свойства, сплава особенности в жидком кристаллизации, состоянии: вязкость, окисляемость. Влияние литейной формы связано главным образом с ее теплофизическими свойствами, со смачиваемостью жидким металлом, с условиями физико-химического взаимодействия «металл — форма» [6]. На жидкотекучесть влияют условия плавки и заливки, перегрев металла, насыщение металла посторонними включениями, условия подвода металла к форме. Например, чем выше температура заливки сплава, тем больше его жидкотекучесть. Жидкотекучесть чугуна увеличивается с увеличением содержания в нем фосфора, кремния и углерода. Сера и марганец понижают жидкотекучесть. Количественные значения жидкотекучести определяют по длине заполнения канала литейной формы с определенной площадью поперечного сечения. спиральные Наибольшее пробы. распространение В специальную получили литейную технологические форму, имеющую 7 спиралевидный канал, заливают испытуемый расплав. Форму изготовляют по модели стандартной пробы на жидкотекучесть. Чем более длинный участок спирали заполнит заливаемый в нее металл, тем выше его жидкотекучесть. Для удобства вычисления длины залитой спирали на ее верхней поверхности через каждые 50 мм расположены точки. Таким образом, жидкотекучесть металла определяется длиной залитой спирали, выраженной в миллиметрах или точках. При теоретическом анализе характеристики жидкотекучести основным является определение условий остановки движущегося потока. Высказано несколько точек зрения на механизм остановки потока: выделение 20% твердой фазы, образование на конце потока прочной твердой корочки, рост в канале литейной формы дендритов (древовидных кристаллов), препятствующих движению потока, накопление твердых кристаллов на конце потока. Течение металла в литейной форме сопровождается кристаллизацией. Поэтому движущийся поток рассматривают как гетерогенную жидкость. Из гидравлики известно, что движение таких жидкостей начинается только после того, как касательное напряжение становится больше определенного значения σ0, называемого предельным напряжением сдвига [8]. При поступлении металла в канал литейной формы на стенках канала образуется твердая корочка из-за высокой интенсивности охлаждения металла в начальные моменты. С течением времени, по мере прогревания формы, интенсивность теплоотвода уменьшается. Но перенос теплоты к корочке за счет поступления новых порций металла остается постоянным, и она начинает оплавляться. Уменьшению размеров корочки способствует также смывание части кристаллов движущимся потоком. Накопление обломков кристаллов на конце потока приводит к постепенному нарастанию сил внутреннего трения. Условия течения металла заметно ухудшаются. Наконец в определенный момент количество накопившихся обломков 8 становится настолько большим, а сопротивление внутреннему трению настолько значительным, что поток останавливается. Заполняемость характеризует способность металлов и сплавов воспроизводить контур отливок в особо тонких сечениях, где в значительной степени проявляется действие капиллярных сил. Заполнение тонких сечений отливок — это процесс взаимодействия металла и формы. Иногда этот процесс называют формовоспроизведением или формозаполнением. Заполняемость обусловлена рядом факторов: 1) поверхностным натяжением сплава и смачиваемостью формы; 2) вязкостью сплава, связанной с его теплофизическими свойствами; 3) температурным интервалом кристаллизации; 4) формой и размерами первичных кристаллов; 5) склонностью сплава к пленообразованию; 6) теплофизическими свойствами формы; 7) способом заливки металла; 8) конструктивными особенностями литниковой системы; 9) наличием газов в форме и условиями ее вентиляции. Эффективным средством, улучшающим заполнение тонких элементов отливок, является центробежная заливка. Усадка — это уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении. Уменьшение объема сплава при охлаждении до температуры затвердевания и при затвердевании называется объемной усадкой. Уменьшение линейных размеров отливки по сравнению с размерами модели называется линейной усадкой [2]. Значение усадки сплава в литейной форме зависит от его химического состава, конфигурации отливаемого изделия, температуры заливки в форму, скорости охлаждения в форме и других факторов. Среднее значение линейной усадки серого чугуна около 1%, стали — 2%, медных сплавов — 1,5%. 9 Усадка — отрицательное явление, потому что при ней изменяются объем и размеры изготовляемых отливок, она является причиной образования в отливках усадочных раковин, пористости, внутренних напряжений, вызывающих появление коробления и трещин. Ликвация — неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки, возникающая при его кристаллизации. Наиболее заметна ликвация в массивных сечениях отливки. ВИДЫ ЛИТЬЯ Литье в металлических формах Литье отличается в металлических высокими формах механическими многократного свойствами и использования равномерным мелкозернистым строением, а также большой точностью и чистотой поверхности. Форму изготавливают из чугуна или стали. Кокиль– металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокили состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки [2]. По конструкции различают кокили неразъемные вытряхные (рис. 5,а) и разъемные с горизонтальным (рис. 5,б) и вертикальным (рис. 5, в) разъемами. Разъемные кокили состоят из двух половин 6, центрирующихся направляющими штырями 10. Чтобы избежать коробления, кокиль снабжают ребрами жесткости 5 либо делают коробчатой формы. 10 Рис. 5 Металлические формы(кокили) На наружной стенке кокиля для его ускоренного охлаждения иногда отливают пальцы 8. Отверстие или внутреннюю полость в отливке образует песчаный стержень 1 либо металлический 9. Металл заливают в литниковую чашу 3, и по стояку 4 и питателям 7 он заполняет полость формы 2. Поскольку металлические стержни неподатливы, то во избежание образования в отливке трещин их удаляют из формы до начала усадки металла. Если внутренняя конфигурация отливки очень сложна, то металлические стержни делают из нескольких^ частей или заменяют песчаными. Литчиковая система размещается в плоскости разъема кокиля. Для выхода воздуха из формы во время ее заливки кроме выпоров 11 в плоскости разъема по всей высоте кокиля прорезают щели глубиной 0,3... 0,5 мм (на рисунке не показаны) [4]. Кокиль обычно состоит из двух полуформ, плиты, вставок. Полуформы взаимно центрируются штырями, и перед заливкой их соединяют замками. Размеры рабочей полости кокиля больше размеров отливки на величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими или песчаными стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему, выполненную в его стенках, а питание массивных узлов отливки осуществляется из прибылей (питающих выпоров). При заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей полости через вентиляционные выпоры, пробки, каналы, образующие 11 вентиляционную систему кокиля. Основные элементы кокиля: полуформы, плиты, вставки, стержни и т.д. – обычно изготовляют из чугуна или стали. Перед заливкой расплава новый кокиль подготовливают к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла; проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основном от заливаемого сплава, а их толщина – от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее охлаждается отливка [10]. Слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, расплавления и схватывания с металлом отливки. Таким образом, облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы ее затвердевания, влияющие на свойства металла отливки. Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 150-180 С. Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Капли водной суспензии, попадая на поверхность нагретого кокиля, испаряются, а огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность. После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, зависящей в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ее размеров, требуемых свойств. Обычно температура нагрева кокиля перед заливкой равна 200-350 С. Затем в кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни, если таковые необходимы для получения отливки; половины кокиля 12 соединяют и скрепляют специальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине – с помощью ее механизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессе затвердевания и охлаждения отливки, после того как отливка приобретет достаточную прочность, металлические стержни «подрывают», т.е. частично извлекают из отливки до ее извлечения из кокиля. Это делают для того, чтобы уменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечить его извлечение из отливки. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляют отливку из кокиля. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется. Перед повторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема [11]. Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля один-два раза в смену, изредка восстанавливая ее в местах, где она отслоилась от рабочей поверхности. После этого при необходимости, что чаще бывает при литье тонкостенных отливок или сплавов с низкой жидкотекучестью, кокиль подогревают до рабочей температуры, так как за время извлечения отливки и окраски рабочей поверхности он охлаждается. Если же отливка достаточно массивная, то, наоборот, кокиль может нагреваться ее теплотой до температуры большей, чем требуемая рабочая, и перед следующей заливкой его охлаждают. Для этого в кокиле предусматривают специальные системы охлаждения. Недостатки кокильного литья: трудность получения отливок со сложными внутренними и внешними очертаниями; невозможность получения тонкостенных отливок вследствии падения жидкотекучести сплава при соприкосновении его с теплопроводными формами; 13 получение у отливок из серого чугуна отбеленной труднообрабатываемой поверхности. Кокили изготавливают как неразъемными для простых по форме отливок, так и разъемные. Полость в отливках получают с помощью стержневой смеси или металла. Литье в оболочковые формы Начинается с нанесения пульверизатором на металлическую модельную плиту разделительного состава, облегчающего снятие оболочки. Затем модельную плиту нагревают в электрической печи до температуры 200...220 °С (рис. 3,а), устанавливают над бункером и закрепляют моделью вниз (рис. 3,6). Бункер переворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную плиту (рис. 3,б). При выдержке в течение 20...30 с смола плавится и, обволакивая тонкой пленкой мелкие зерна песка, образует оболочку толщиной б...8 мм. Бункер возвращают в исходное положение, и непрореагировавшая формовочная смесь падает на его дно (рис.3,г). Снятую с бункера модельную плиту с непрочной оболочкой отправляют в электрическую печь с температурой около 350 °С (рис. 3,д). Здесь смола в течение 90...180 с полимеризуется и необратимо твердеет, образуя прочную оболочковую полуформу. По такой же технологии изготавливают другую полуформу [3]. Рис. 3 Схема изготовления оболочковых форм 14 Рис. 4 Модельная плита с оболочковой полуформой и собранная форма. Для снятия готовой оболочковой полуформы (рис. 4) модельная плита 1 с закрепленной полумоделью 3 снабжена толкателями 4, находящимися на уровне плиты, и толкателями 2, которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельной плите (здесь не показано) толкатели расположены на несколько миллиметров ниже плоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе против углублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положение полуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту 6 толкатели снимают полуформу 5 с модельной плиты. В одной из полуформ на стержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляют их скобами, струбцинами или склеивают по плоскости разъема. Собранную оболочковую форму 7 помещают в. металлический ящик 8, засыпают крупным песком или чугунной дробью 9 и заливают металлом. К моменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке. При литье в оболочковые формы деталь получают в тонкостенных формах – оболочках толщиной 6-15 мм, изготовленных из высокопрочных песчано-смоляных смесей. Форма состоит из двух полуформ, соединенных по горизонтальной или вертикальной линии разъема путем склеивания или скрепления с помощью скоб или струбцин. Для получения внутренних полостей в отливках или при сборке формы в нее устанавливают сплошные или полые песчано-глинистые или песчано-смоляные стержни [2]. 15 Формовочные смеси для оболочковых форм состоят из песка (92-96 %), термореактивной смолы (4-6 %) и некоторых добавок. Типовая технология получения оболочковой формы такова: металлическую подмодельную плиту и модель нагревают до 200-250С и покрывают разделительным составом (силиконовая жидкость, смесь мазута с керосином). Затем модель, плиту и формовочную смесь уплотняют (например, сжатым воздухом). Смола плавится, начинает затвердевать и за 10-20 с образуется полутвердая оболочка толщиной 6-15 мм. Излишек смеси удаляют, переворачивая модель вместе с плитой. Оболочку вместе с плитой помещают в печь при температуре 300-350С на 1-3 мин для окончательного отвердевания смолы, после чего полуформу снимают с плиты и делают вторую полуформу. Литье в оболочковые формы применяется в крупносерийном и массовом производствах деталей из сталей, чугуна и цветных металлов. Литье по выплавляемым моделям Литье по выплавляемым моделям с давних времен применяли для получения литых скульптур, украшений и т.д. В качестве модельных применяют различные легкоплавкие и легкорастворимые составы (ПС50-50), содержащие 50 % парафина, 50 % стеарина; такой состав имеет температуру плавления 55 С, хорошую жидкотекучесть. Возврат смеси составляет 90-95 %. Модели изготавливают в одно- и многоместных формах прессовкой и реже заливкой модельных составов. Оболочка общей толщиной 5-6 мм состоит из трех-восьми последовательно наносимых слоев. Для образования каждого слоя модель окунают в жидкую суспензию, затем обсыпают мелкозернистым песком и сушат [7]. 16 Суспензия состоит из гидролизированного этилсиликата (одной части) и пылевидного кварца (две-три части). Сушку проводят на воздухе после каждого слоя в течение 2-3 ч. Отвердение можно ускорить, осуществляя сушку в парах аммиака. Окончательную прочность оболочка принимает при последующем прокаливании [8]. Для производства керамических оболочек в качестве связующего также применяют жидкое стекло Na2OnSiO2c модулем 2,5-3 (48 частей) и пылевидного кварца (52 части). В этих формах качество поверхности хуже, чем на этилсиликатной суспензии. Выплавление моделей осуществляется в ваннах с горячей водой (85-90 С) или горячим воздухом. После выплавки моделей оболочки формуют – устанавливают в опоки, а пустые объемы заполняют наполнителями (SiO2, шамотная крошка и т.д.) или жидкими быстротвердеющими смесями (80-88 % SiO2, 12-20 % цемента и 30-40 частей Н2О). Стержни и жидкие наполнители уплотняют на вибрационных столах. Рис.1 Литье по выплавляемым моделям На рис. 1 приведен чертеж отливаемой детали 1 и неразъемной модели, отличающейся от нее наличием питателя 2. Модели питателями «припаивают» к общему легкоплавкому стояку 3, и в результате получают блок моделей. Чтобы изготовить литейную форму, готовый блок моделей окунают в огнеупорную смесь, представляющую собой суспензию маршалита (60...70 %) в гидролизованном этилсиликате (30...40 %). После 17 окунания на моделях, питателях и стояке остается тонкая огнеупорная пленка смеси 4. Эта же смесь заполняет все полости и отверстия в моделях, образуя стержни. Для упрочнения огнеупорной пленки блок моделей посыпают мелким сухим кварцевым песком 5. Прилипая к сырой пленке, песок образует огнеупорный слой, который сушат либо на воздухе, либо помещая блок моделей в аммиачную камеру для ускоренной химической сушки. Когда слой высыхает, операции окунания, посыпания песком и сушки повторяют от 3 до 5 раз. После сушки последнего огнеупорного слоя получают форму в виде многослойной оболочки с заформованными легкоплавкими моделями. Форму помещают в сушильный шкаф и выдерживают при температуре более 100 °С или погружают в горячую воду. Модели и элементы литниковой системы (стояк и питатели) плавятся и вытекают из формы. Для выжигания остатков модельного состава из полости, а также для упрочнения оболочки полученную литейную форму в металлическом ящике 6 засыпают металлической дробью и помещают в термическую печь, где обжигают при температуре 800... 900 °С. Заливку металла производят в горячую форму, что дает возможность получать тонкостенные сложной конфигурации отливки. Выбивку отливок и отделение литников осуществляют на виброустановках [14]. Прокаливание оболочковых форм до 900-1000 С проводят для удаления остатков модельных составов из материала оболочки, завершения процессов ее растворения. Кроме того, нагревание формы способствует лучшему заполнению ее при разливке. Разливку производят обычно сразу же в горячие формы; для стали температура формы 800-1000 С, для алюминиевых сплавов 300-400С. При получении толстостенных отливок заливку проводят в остывшие формы для получения более мелкозернистой структуры сплава. Удаление остатков керамической оболочки в полостях и отверстиях и окончательную очистку поверхности отливок осуществляют в результате кипячения в 50 %-ном растворе КОН. 18 Литье под давлением Литье под давлением заключается в том, что металл заполняет металлические формы под давлением поршня машины или сжатого воздуха и застывает в них. Извлеченные отливки после удаления литника являются совершенно готовыми к применению почти без последующей обработки. При литье под давлением сплав поршнем машины запрессовывается в разъемную стальную форму, называемую пресс-формой. Литье под давлением применяют главным образом для алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов, реже для медных сплавов. Детали выходят точными (1113 квалитеты) и с малой степенью шероховатости. Масса отливок от нескольких граммов до десятков килограммов. Давление поршня при прессовании до 200 МПа. Механическая обработка отливок незначительная или вообще не нужна. Стоимость пресс-формы высокая, поэтому литье под давлением применяют в массовом производстве, когда в одной форме получают тысячи отливок. Производительность машин очень высокая – до 3000 отливок в час при работе в автоматическом режиме. Машины для литья под давлением имеют холодную или горячую камеру прессования [13]. На машинах с вертикальной холодной камерой сжатия (рис. 6,а) расплав 4 заливают в камеру сжатия 5 (положение 1). Верхний поршень 1, опускаясь, давит на расплав и на нижний поршень 10, который при движении вниз открывает литниковый канал 3. Металл заполняет полость 2 прессформы, состоящей из двух половин 6 и 7 (положение 11). Объем жидкого металла должен быть больше объема полости формы, чтобы между верхним и нижним поршнем оставался избыток металла. Давление верхнего поршня поддерживают до полной кристаллизации отливки, после чего пресс-форму раскрывают и отливку 9 вместе с литником 12 выталкивают из формы толкателями 8. Нижний поршень выталкивает наружу избыток металла 11 (положение 111), и его отправляют в переплав. 19 На (рис. 6, б) показана работа машины с горизонтальной холодной камерой сжатия. Все операции на ней выполняются в той же последовательности. Рис. 6 Схемы поршневых машин для литья под давлением На (рис. 6,в) приведена схема работы поршневой машины с горячей камерой сжатия. Чугунный тигель 13 с жидким металлом все время подогревают снизу газом через форсунку 21. Перед заливкой пресс-форму 19 закрывают и мундштук 18 соединяется с каналом 17. При верхнем положении поршня 16 через отверстие 14 сплав заполняет камеру сжатия 15 и канал. При движении вниз поршень впрессовывает жидкий металл в полость формы. После затвердевания металла давление снимают, поршень движется вверх, форму раскрывают и отливку выталкивают толкателями 20. Машины с горячей камерой сжатия более производительны и расходуют меньше жидкого металла, однако их нельзя применять для литья сплавов с температурой плавления более 500 °С из-за быстрого изнашивания поршня. 20 Машины с холодной камерой прессования применяют для литья алюминиевых, магниевых и медных сплавов; при этом в камеру заливается дозированное количество металла из отдельной печи, после чего производится прессование. Центробежное литье Жидкий металл заливается в быстровращающуюся форму. Под действием центробежных сил металл отбрасывается к поверхности формы и затвердевает, принимая ее очертания. в результате жидкий металл оттесняется центробежной силой к стенкам формы. При этом структура металла получается уплотненной, так как газы и неметаллические включения вытесняются к поверхности, находящейся ближе к центру вращения. Формы вращают до полного затвердевания металла, после чего вынимают готовую отливку. Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения формы размещают горизонтально (рис. 7,а). Если же диаметр отливки больше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни), то ось вращения располагают вертикально (рис. 7,б). В обоих случаях ось отливки совпадает с осью вращения формы и внутренняя полость получается без стержней, а толщина стенки отливки определяется количеством заливаемого металла. Этот способ используют при изготовлении отливок, имеющих форму тела вращения. 21 Рис. 7 Схемы центробежного литья При изготовлении мелких фасонных отливок ось вращения формы может не совпадать с осью отливки. В этом случае внутренние полости образуют с помощью стержней, а металл заливают в центральный общий литник, из которого по радиально расположенным питателям он попадает в полость формы (рис. 7, в). Такой способ называется центрифугированием. При центробежном способе литья нет литниковой системы, что снижает расход металла. ВЫБОР СПОСОБА ЛИТЬЯ При выборе способа изготовления отливки определяющими факторами являются технические требования, предъявляемые к изделию, и техникоэкономические показатели (себестоимость детали в изготовлении, экономически оправданная серийность и др.), учитывающие расход металла, стоимость оборудования и технической оснастки. Важную роль при выборе способа литья играет серийность производства. Отливки по массе подразделяют на мелкие (до 100 кг), средние (101 – 1000 кг), крупные (1001 – 5000 кг) и очень крупные (свыше 5000 кг). В единичном, мелкосерийном и серийном производствах отливки часто изготавливаются литьем в песчаные формы, по выплавляемым моделям. В 22 крупносерийном и массовом производствах применяют литье под давлением, в кокиль, в оболочковые формы, центробежное литье, литье в сырые песчаные формы, изготавливаемые на формовочных машинах или надо обязательно учитывать его автоматических линиях, и др. При выборе способа литья возможности по обеспечению нужной конфигурации отливки, требуемого качества структуры металла и уровня механических и специальных эксплуатационных свойств. Выбранный способ литья должен обеспечить качественное литье для данного сплава и при проведении последующей термической обработки отливок. Отметим, что минимальные толщины стенок отливок можно получать лишь на сплавах с оптимальными физико-химическими и литейными свойствами. Иначе эти значения будут существенно больше. Трудность выбора способа литья вызвана тем, что нередко отливка может быть изготовлена сразу несколькими способами, которые обеспечивают требуемые свойства литой детали. В этом случае решающими факторами, обусловливающими выбор рационального способа литья, являются серийность производства и экономичность процесса. Эти факторы, наряду с техническими характеристиками способа литья, могут помочь правильно выбрать технологический процесс литья. 23 ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ Тест 1. Способность металлов и сплавов течь по каналам формы и заполнять ее – это… A. Вялотекучесть; B. Вязкотекучесть; C. Жидкотекучесть; D. Легкоплавкость. 2. Уменьшение объема сплава, залитого в форму, при его охлаждении – это… A. Отладка; B. Усадка; C. Укладка; D. Отпадка. 3. Неоднородность химического состава сплава в различных частях сечения отливки, возникающая при его кристаллизации – это… A. Ликвидация; B. Ликватерация; C. Ликвация; D. Деструктуризация. 4. В чем отличие кокиля от песчаной формы? A. Кокиль может быть использован многократно; B. Кокиль способен выдерживать температуры до 10000 С; C. Кокиль в 5 раз дешевле; D. Кокиль проще охлаждать. 5. Средняя температура нагрева кокиля перед заливкой: A. 50-100 С; B. 200-350 С; C. 400-600 С; D. 750-1000 С. 6. Из чего по большей части состоят формовочные смеси для оболочковых форм? A. Из песка; B. Из глины; C. Из цемента; D. Из смолы. 7. Какую температуру плавления имеют легкоплавкие и легкорастворимые составы (ПС50-50)? A. 35 С; B. 55 С; 24 C. 75 С; D. 105 С. 8. Машины с какой камерой прессования применяют для литья алюминиевых, магниевых и медных сплавов? A. Холодной; B. Горячей; C. Вакуумной; D. Воздушной. 9. Машины с какой камерой прессования применяют для литья цинковых сплавов? A. Холодной; B. Горячей; C. Вакуумной; D. Воздушной. 10. Очень крупные отливки – это отливки, весом свыше… A. 5 кг; B. 50 кг; C. 500 кг; D. 5000 кг. РЕБУСЫ 1. 25 2. 3. 26 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Боровский Ю.Ф. Специальные виды литья // Диафильм. - В 3-х ч. - Ленинград: Изд-во Фабрики экранных учебно-наглядных пособий ВТПП ГК СМ СССР по профтехобразованию, 1966. - 141 с. 2. Волпянский Л.М. Литье в оболочковые формы // Волпянский Л.М., Захаров Б.П., Лузин П.Г., Поручиков Ю.П., Филиппов А.С., под ред. Н.Д. Чиликиной. — 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1964. — 53 с. 3. Волпянский Л.М. Литьё в оболочковые формы // Москва: МАШГИЗ, 1960. — 73 с. 4. Гини Э.Ч., Зарубин А.М., Рыбкин В.А. Технология литейного производства. Специальные виды литья // Учебник для ВУЗов. Под. ред. В.А.Рыбкина. — М.: Академия, 2005. — 352 с. 5. Гини Э.Ч., Зарубин А.М., Рыбкин В.А. Технология литейного производства. Специальные виды литья // Под. ред. В.А. Рыбкина. — Учебник для ВУЗов. — М.: Академия, 2005. — 352 с. 6. Горюнов И.И. Литье повышенной точности // Л.: Лениздат, 1959. — 138 с. 7. Дошкарж И., Габриель Я., Гоушть М. Производство точных отливок // Пер. с чешского. — М.: Машиностроение, 1979. — 296 с. 8. Затуловский С.С. Суспензионная разливка // Киев: Наукова думка, 1981. — 260 с. 9. Затуловский С.С. Суспензионная разливка // Киев: Наукова думка, 1981. — 260 с. 10. Затуловский С.С., Кезик В.Я., Иванова Р.К. Литые композиционные материалы // Киев: Тэхника, 1990. — 240 с. 11. Исин Д.К., Кипнис Л.С., Кузембаев С.Б. Оборудование специальных способов литья. Т. 1 // Алматы: ССК, 2017. — 268 с. 12. Ковалева А.В., Черный А.А. Композиционные материалы в технике и исследование возможностей получения изделий из разнородных 27 материалов в литейном производстве // Учебное пособие. — Пенза: Пензенский государственный университет, 2008. — 161 с. 13. Кузьмин С.И. Плавка и литье жаропрочных сплавов и сталей в вакууме // М.: Машгиз, 1962. — 129 с. 14. Лакеев А.С., Щегловитов Л.А., Кузьмин. Прогрессивные способы изготовления точных отливок // Киев: Технiка, 1984. — 160 с. 15. Лакеев А.С., Щегловитов Л.А., Кузьмин. Прогрессивные способы изготовления точных отливок // Киев: Технiка, 1984. — 160 с. 16. Першин П.С. Технология точного литья // М.: Машгиз, 1955. — 17. Рахманкулов 135 с. М.М., Паращенко В.М. Технология литья жаропрочных сплавов // Монография. — М.: Интермет Инжиниринг, 2000. — 464 с. 18. Степанов Ю.А., Анучина М.Г., Баландин Г.Ф., Константинов Л.С. Специальные виды литья // Учебное пособие. — М.: Машиностроение, 1970. — 224 с. 19. Черепанов А.И. Теория и технология литейных композиционных материалов // Конспект лекций. – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. -146 с. 28 ОТВЕТЫ Тест: 1. C; 2. B; 3. C; 4. A; 5. B; 6. A; 7. B; 8. A; 9. B; 10.D. Ребусы: 1. Литье; 2. Сплав; 3. Заливка. 29