МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ______________________________________________________________________ Кафедра материаловедения и технологии художественных изделий РЕФЕРАТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ» на тему «Литье под давлением и по выплавляемым моделям» Автор: студент гр. ЭХТ-19-2 (шифр группы) ____________ (подпись) Оценка: ______________ Проверил: преподаватель доцент (должность) /Гараев А.И./ (Ф.И.О.) Дата: _____06.12.21_______ _____________ (подпись) Санкт-Петербург 2021г /Борисова Л.Г./ (Ф.И.О.) СОДЕРЖАНИЕ Введение .........................................................................................................................................3 Литье под давлением .....................................................................................................................4 Литье по выплавляемым моделям ...............................................................................................8 Заключение...................................................................................................................................12 Список литературы ......................................................................................................................13 2 ВВЕДЕНИЕ Литейное производство является одним из основных методов заготовительного производства, включающим в себя получение жидких сплавов из шихтовых материалов и технологию изготовления из этих сплавов изделий и заготовок для различных отраслей промышленности, прежде всего для машиностроения. Литейное производство как одна из отраслей металлообработки уходит своими корнями в глубокую древность. Изготовление первых отливок, по археологическим данным, было осуществлено 6,5 тыс. лет тому назад. С тех пор технология литейного производства прошла огромный путь, превратившись в одну из самых совершенных отраслей техники. Современный этап развития техники и технологий промышленного производства характеризуется жесткой конкуренцией как на международном, так и на внутреннем рынке. Следовательно, для повышения эффективности литейного производства необходимо более широкое внедрение специальных способов литья, которые позволяют повысить качество отливок, снизить расход энергии, металла и формовочных материалов, а также трудоемкость изготовления отливок и их себестоимость. В данной работе излагается материал, касающийся описания специальных технологий литья, таких как литье под давлением и литье по выплавляемым моделям. Приводятся технологические особенности и схемы процессов, а также описываются применяемые материалы и оборудование. 3 ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ Сущность литья под давлением заключается в том, что принудительное заполнение рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формирование отливки происходит под высоким давлением пресс-поршня (от 7 до 700 МПа), перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом. В отличие от кокиля рабочие поверхности пресс-формы, контактирующие с отливкой, не имеют огнеупорного покрытия. Это требует кратковременного заполнения пресс-формы расплавом и действия на кристаллизующуюся отливку избыточного давления в сотни раз превосходящего гравитационное. Современный процесс реализуется на специальных гидравлических машинах и позволяет получать от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок различного назначения в час, с высокими механическими свойствами, с низкой шероховатостью поверхности и размерами соответствующими или максимально приближенными к готовой детали. Толщина их стенки может быть менее 1,0 мм, а масса от нескольких граммов до десятков килограммов. Литьём под давлением изготавливают: детали автомобильных двигателей (в том числе алюминиевые блоки, детали карбюраторов); детали сантехнического оборудования; детали бытовых приборов (пылесосы, стиральные машины, телефоны); детали компьютеров, мобильных телефонов и прочего аналогичного оборудования. В зависимости от конструкции камеры прессования различают машины с холодной и горячей камерами прессования. На машинах с холодной камерой прессования после подготовки пресс-формы 1 к очередному циклу прессования (сборка и запирание) в камеру 3 подается жидкий расплав. При помощи поршня 2, перемещающегося в этой камере посредством механизма прессования, через каналы литниковой системы расплав заполняет рабочую полость прессформы. После затвердевания и охлаждения отливки до определенной температуры происходит извлечение стержней 4 и раскрытие пресс-формы, а затем механизмом выталкивания и толкателями 5 отливку удаляют из пресс-формы. Механизмы машины приходят в исходное состояние. Отделение от отливки литников и заливов происходит, как правило, с помощью обрезного пресса расположенного около литейной машины, а может и механизмами пресс-формы. На этом рабочий цикл завершается. Технологическая схема выполнения данного цикла приведена на рисунке 1. 4 Рисунок 1 – Схема изготовления отливки на поршневой машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы; г – выталкивание отливки На машинах с горячей камерой прессования, особенность технологического процесса обусловлена тем, что камера прессования 2 располагается в тигле 1 и сообщается с ним заливочным отверстием. Через это отверстие, при исходном положении пресс-поршня 3, расплав самотеком поступает из тигля в камеру прессования. После перекрытия пресс-поршнем заливочного отверстия расплав по обогреваемому каналу поступает в рабочую полость прессформы 4. Рабочий цикл завершается после возврата пресс-поршня в исходное положение, слива остатков расплава из канала в камеру прессования, раскрытия пресс-формы и удаления из нее отливки 8 толкателями. Таким образом, процесс литья под давлением реализуется только на специальных машинах. технологического Это процесса, создает предпосылки способствует комплексной существенному автоматизации улучшению санитарно- гигиенических условий труда, уменьшению вредного воздействия литейного производства на окружающую среду. Технологическая схема выполнения данного цикла приведена на рисунке 2. 5 Рисунок 2 - Схема изготовления отливки на поршневой машине с горячей камерой: а – исходное положение до начала прессовки; б – запрессовка металла в пресс форму; в – извлечение отливки Опыт производства отливок под давлением указывает на следующие его преимущества: 1) возможность изготовления отливок с малой толщиной стенок (менее 1 мм) значительной площади; 2) повышение качества отливок: отливка получается с высокой точностью размеров и низкой шероховатостью поверхности; практически не требует обработки резанием; механические свойства отливок получаются достаточно высокие; 3) металлическая пресс-форма используется многократно, сборка формы и извлечение из нее готовой отливки выполняются машиной, процесс получения отливки малооперационный. Указанные обстоятельства и высокая скорость затвердевания отливки в пресс-форме делают процесс литья под давлением одним из самых высокопроизводительных литейных процессов и создают предпосылки для полной автоматизации производства; 4) значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда вследствие устранения из литейного цеха формовочных материалов, меньшее загрязнение окружающей среды. Наряду с указанными преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков. 1. Габаритные размеры и масса отливок ограничены мощностью машины (усилием, развиваемым механизмом запирания). 2. Высокая стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость изготовления, ограниченная стойкость, особенно при литье сплавов черных металлов и медных сплавов, что снижает эффективность процесса и ограничивает область его использования. Повышение стойкости пресс-форм является одной из важных проблем, особенно при литье сплавов, имеющих высокую температуру плавления. Удлинение срока службы прессформ повышает эффективность производства, а также позволяет расширить номенклатуру сплавов, из которых могут быть получены отливки под давлением. 6 Трудности выполнения отливок со сложными полостями, поднутрениями, 3. карманами. 4. Наличие в отливках газовоздушной и усадочной пористости снижает механические сваойства материала отливок, их герметичность, затрудняет термическую обработку, вследствие чего ограничиваются возможности изготовления отливок из сплавов, упрочняемых термической обработкой. Снижение газовоздушной и усадочной пористости отливок является одной из важных проблем, решение этогоперспективного которой технологического позволяет процесса, расширить повысить область применения эффективность его использования. 5. Неподатливая пресс-форма способствует появлению напряжений в отливках при усадке, что также ограничивает номенклатуру сплавов, из которых могут быть изготовлены отливки. Преимущества и недостатки способа определяют рациональную область его использования. Экономически целесообразно вследствие высокой стоимости пресс-форм, сложности оборудования, высокой производительности применять литье под давлением в массовом и крупносерийном производстве точных отливок с минимальными припусками на обработку резанием из алюминиевых, цинковых, магниевых и медных сплавов, а в некоторых случаях и специальных сплавов и сталей. 7 ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ Литьем по выплавляемым моделям называется метод получения литых деталей по разовым моделям в неразъемные керамические огнеупорные формы. После формирования на поверхности модели керамической оболочки модель перед заливкой металла удаляют выплавлением, выжиганием или растворением. Процесс получения отливок литьем по выплавляемым моделям является многооперационным и включает в себя следующие технологические операции. 1. Изготовление моделей в разъемной пресс-форме из материалов: а) с низкой температурой плавления (выплавляемая модель); б) способных легко растворяться в воде или других растворителях (растворяемая модель); в) способных сгорать без образования твердого остатка (выжигаемая модель). Полученные тем или иным способом модели обычно собирают в блоки вместе с отдельно изготовленными элементами литниковой системы. 2. Формирование керамической огнеупорной оболочки на поверхности модельного блока. Чаще всего для этого используют специальную суспензию для оболочковых форм, состоящую из связующего и пылевидного наполнителей. Такую суспензию наносят несколько раз окунанием модельного блока в раствор суспензии, причем после нанесения каждого слоя суспензии на него наносят слой огнеупорного песка и просушивают. Эти операции повторяют для получения оболочки требуемой толщины (обычно 3…15 слоев). 3. Удаление моделей из оболочковой формы проводят, используя методы выплавления, растворения или выжигания. Иногда эти методы комбинируют друг с другом. 4. Прокаливание керамических оболочковых форм проводят в соответствующих печах при температуре 800…1100 °С. При этом из оболочки удаляются все летучие компоненты, а из формы — остатки модельного состава, и при повышенных температурах происходит упрочнение формы перед ее заливкой металлом. 5. Заливка форм расплавом металла проводится по четырем вариантам: без опорного наполнителя и с опорным наполнителем; в горячую или холодную форму в зависимости от прочности формы и требуемых физико-механических свойств получаемой отливки. Технология изготовления формы. Оболочковая форма в литье по выплавляемым моделям представляет собой многослойную неразъемную керамическую оболочку, изготовленную на основе выплавляемой, выжигаемой или растворяемой модели. Такая многослойная керамическая оболочка должна обладать необходимой технологической прочностью, огнеупорностью, газопроницаемостью, химической инертностью. Кроме того, она должна иметь 8 необходимые чистоту поверхности и точность размеров в отношении получаемой отливки. Оболочковые формы обычно используют в двух вариантах: без опорного наполнителя и с опорным наполнителем. По первому варианту (рис.3, а) форму прокаливают и заливают без опорного наполнителя. В этом случае, как правило, для увеличения прочности приходится увеличивать количество слоев оболочки и для ее изготовления использовать более качественные (термостойкие) и дорогостоящие материалы. Во втором варианте оболочка заформовывается в упрочняющий опорный наполнитель, который может быть сыпучим (рис.3, б) или содержать связующее (жидкое стекло, гидравлические вяжущие и др.) (рис.3, в). Заформовывание оболочки в опорный наполнитель обычно проводят либо после удаления модели, либо после процесса прокаливания. Опорный наполнитель упрочняет оболочку, поэтому ее можно изготовлять с меньшим количеством слоев, и защищает оболочку от резкого перепада температур при ее прокаливании. В качестве опорных наполнителей используют шамот, кварцевый песок, бой оболочковых форм. Рисунок 3 – Разновидности форм, изготовленных по выплавляемым моделям а — оболочковая без опорного наполнителя; б — с сыпучим опорным наполнителем (сухим); в — с опорным наполнителем, содержащим связующее; г — с сыпучим опорным 9 наполнителем и пробкой на связующем (комбинированный опорный наполнитель); 1 — оболочковая форма; 2 — песчаная постель; 3 — поддон; 4 — сыпучий наполнитель; 5 — опока; 6 — пробка; 7 — опорный связующий наполнитель. После заливки металлом формы охлаждают на плацу естественным образом, а для ускорения процесса охлаждения применяют охлаждение сжатым воздухом или водой. Выбивка форм после заливки и охлаждения проводится опрокидыванием контейнеров на провальные решетки. В случае использования жидких упрочняющих материалов (на основе жидкого стекла, цемента) выбивка осуществляется на выбивных решетках. Предварительную очистку отливок от формы выполняют на пневматических вибрационных установках или пневмолотками. В некоторых случаях отделение оболочковой формы от отливки происходит при резком охлаждении формы водой. Для отделения отливок от литниковой системы применяют несколько способов, причем выбор способа зависит от материала, формы и размера отливок, а также от типа производства. Отбивку отливок от литниковой системы осуществляют с помощью вибрационных установок, позволяющих отделить деталь от литниковой системы в месте пережима, который является концентратором напряжений. Этот способ используется для отливок из углеродистых сталей. Отрезку отливок на металлорежущих станках используют лишь в том случае, если другие способы невозможны в связи со сложной конструкцией литниковых систем. Нужно учитывать при этом, что стойкость режущего инструмента достаточно ограничена вследствие ударных нагрузок и абразивного воздействия на инструмент остатков керамики на отливках. Для отрезки применяют токарные, фрезерные и шлифовальные станки, дисковые пилы и механические ножовки. Использование в этих целях абразивных кругов позволяет намного увеличить производительность этой операции. Кроме оболочковых форм в литье по выплавляемым моделям используют пресс – формы. Пресс-форма — это инструмент для изготовления моделей отливки и элементов литниковопитающей системы. От требований к точности модели зависит необходимая точность размеров рабочей полости формы и соответственно размеров отливки. Пресс-формы классифицируют по следующим признакам: • по материалу, из которого они изготовлены, — металлические, гипсовые, из пластмасс, комбинированные; • способу изготовления — механической обработкой, литьем, гальванопластикой и металлизацией, электроискровой и электрохимической обработкой; 10 • степени механизации операций сборки, разборки и удаления моделей — ручные, механизированные, автоматизированные; • конструктивным признакам — с вертикальным, горизонтальным или комбинированным разъемом, с отъемными частями или без них, многоместные или одноместные, с устройствами для принудительного охлаждения или с естественным охлаждением, с выталкивателями для удаления моделей или без них. По конструкции и методам изготовления обычно различают пресс-формы для единичного и мелкосерийного, серийного и массового производств. В единичном и мелкосерийном производствах применяют пресс-формы из гипса, дерева и пластмассы. В серийном и массовом производствах применяют многогнездные пресс-формы. В серийном производстве пресс-формы изготовляют из стали и алюминиевых сплавов. Рисунок 4 – Пресс-форма для изготовления моделей на серийном производстве: 1 - нижняя матрица; 2 - верхняя съемная матрица; 3 - вставки; 4 - подвижный стержень; 5 - литниковый канал; 6 - питатели; 7 - толкатели; 8 - фиксатор; 9 - плита основания; 10 - направляющие штыри 11 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе рассмотрен целый спектр вопросов, касающихся таких методов литья как литье по выплавляемым моделям и литье под давлением. Раскрыта сущность каждого процесса, сфера их применения. Также к каждому процессу приведены схемы их выполнения и схемы установок, на которых производится каждый из процессов. Кроме того, касаемо каждого метода литья были описаны используемые материалы. Таким образом, литьем под давлением изготавливают сложные тонкостенные отливки из легкоплавких цветных сплавов на основе алюминия, магния, цинка, меди. Это отливки различного назначения: детали приборов, корпусы, платы, панели, шестерни, детали автомобилей, тракторов, самолетов, двигателей внутреннего сгорания, электрических машин, буровых установок и т.п. Масса полученных отливок находится в пределах от нескольких граммов до десятков килограммов, характер производства, как правило, массовый или крупносерийный. Наибольшей эффективности достигают при получении отливок массой 0,15...0,20 кг, ранее изготавливаемых из проката с применением большого объема фрезерных работ. А процесс литья под давлением имеет следующие преимущества. Данный способ оказывается наиболее рентабельным: при крупносерийном и массовом производстве мелких, но сложных и ответственных деталей, с высокими требованиями к точности размеров и шероховатости поверхности; особенно эффективно применение литья по выплавляемым моделям, если эти требования могут быть обеспечены в литом состоянии без последующей механической обработки; для деталей сложной конфигурации, которые нельзя изготовить как одно целое никакими иными способами; при изготовлении отливок со сложными внутренними очертаниями, когда достигается снижение себестоимости отливки за счет экономии металла; для деталей, изготавливаемых из металлов и сплавов, которые не поддаются обработке давлением, а также сплавов с низкими литейными свойствами. 12 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Специальные технологии литейного производства: учеб. пособие. Ч. 2 / под общ. ред. А.И. Евстигнеева, Е.А. Чернышова. — М.: Машиностроение, 2012 — 436 с. 2. Литье металлов под давлением [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://petrofer.ru/articles/tekhnicheskie-stati/lite-metallov-pod-davleniem/ 13
