Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Лысьвенский филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» Факультет: профессионального образования Направление: 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств РЕФЕРАТ по дисциплине: «Цифровое проектирование исходных заготовок» на тему: Проектирования и производство литых заготовок Выполнил студент группы ТЦП-20-1б шифр 20-ЛФ-176 Частоедов А.А. «____» ______________ 2023 г. _________________________ (подпись студента) Проверил преподаватель Плотников А.А. Оценка _____________________ ____________________________ (подпись преподавателя) «___» ____________ 2023 г. Лысьва 2023 г. Содержание 1 Основные виды заготовок и методы их получения…………………………..3 2 Производство литых заготовок (отливок)……………………………………3 3. Литейный сплав……………………………………………………………….4 4 Литейные свойства сплавов…………………………………………………...6 5. Заливка формы расплавом и питание отливки………………………………7 6. Определение площадей и размеров поперечных сечений литниковых каналов……………………………………………………………………………12 7. Литье в песчано-глинистые формы………………………………………….14 8. Изготовление литейной формы, стержней и их сборка…………………….15 9. Контроль качества отливок и исправление дефектов………………………19 10 Контролирование отливки…………………………………………………...21 11. Конструктивное оформление элементов отливок………………………....23 12. Специальные методы литья…………………………………………………26 13. Литье по выплавляемым моделям………………………………………….26 14. Литьё в металлические формы (кокиль)…………………………………...30 15. Центробежное литьё……………………………………………………….32 16. Составление графического документа на отливку………………………...33 2 1. Основные виды заготовок и методы их получения Производство заготовок – один из основных начальных этапов технологического процесса изготовления изделия, поэтому, от того, насколько рационально спроектирована заготовка и выбран метод её получения, существенно зависит себестоимость и качество этого изделия. Согласно ГОСТ 3.1109-82, заготовкой называют предмет труда, из которого изменением формы, размеров, свойств поверхности и (или) материала, изготавливают деталь. Различают 3 основных вида заготовок: прокат, штучные и комбинированные заготовки. Заготовки из проката имеют постоянное (например, круглое, шестигранное) или периодическое сечение. Штучные заготовки получают литьем, ковкой, штамповкой или методами порошковой металлургии. Комбинированные заготовки – это, как правило, сложные заготовки, получаемые соединением, например сваркой, отдельных более простых элементов, изготавливаемых литьем, штамповкой или ковкой. Основными процессами получения заготовок являются: литьё, прокатка и обработка давлением. 2. Производство литых заготовок (отливок) Литейное производство – отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением штучных заготовок или деталей, путем заливки расплавленного металла или сплава в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и после извлечения заготовки из литейной формы сохраняет конфигурацию её полости. Такое изделие называется отливкой. Литье является одним из наиболее распространенных методов формообразования. По сравнению с другими методами, литье обладает рядом преимуществ: 1. изготовление заготовок с наибольшим коэффициентом использования металла К и и коэффициент точности К з : 3 М М К д, К д; з М и Н з 2. изготовление отливок массой от нескольких граммов до сотен тонн и габаритами от нескольких сантиметров до десятков метров; 3. получение отливок из сплавов, не поддающихся пластической деформации и трудно обрабатываемых резанием; Однако следует помнить, что механические свойства литого металла всегда ниже, чем деформированного. Из-за более крупного размера …… , неоднородности (раковин и других литых дефектов). В связи с особенностью кристаллизации сплава, механические характеристики неоднородны по сечению отливки. Сплав у поверхности обладает большими твердостью и прочностью, чем в середине отливки. 3. Литейный сплав Для производства отливок применяют различные литейные сплавы. Эти сплавы делят на 7 основных групп: чугуны, стали, медные сплавы, аллюминиевые сплавы, цинковые сплавы, магниевые сплавы, баббиты, титановые сплавы. Чугуном называют сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14 % С. Чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления отливок. Этому способствует самое низкое среди всех литейных сплавов стоимость чугуна, его сравнительно высокая прочность и хорошая технологичность, в частности, литейные свойства. В зависимости от состояния углерода (графит или цементит) чугуны бывают серые или белые. В зависимости от формы графита различают следующие группы чугунов: серый высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий. Маркируются – СЧ, ВЧ, КЧ, после которых следуют цифры, характеризующие механические свойства чугуна. Антифрикционные чугуны (АЧ) используют для изготовления деталей, работающих в узлах трения (подшипники скольжения). 4 Для повышения механических свойств чугунов или предания им специальных свойств их легируют. Легированные чугуны применяют в химическом машиностроении для работы в агрессивных средах. Их основные свойства: высокие корозионостойкость, жаростойкость (окалиностойкость), жаропрочность. Литейную сталь применяют для изготовления деталей, которые наряду с высокой прочностью должны обладать хорошей пластичностью, быть надежными и долговечными в эксплуатации. Стальные отливки без литейных дефектов, после соответствующей термообработки, мало уступают по механическим свойствам поковкам. Многие литые стали хорошо свариваются, что дает возможность изготавливать сложные сварно-литые заготовки. Литейные стали можно разделить на 3 группы: 1. нелегированные и легированные конструкционные; 2. легированные со специальными свойствами; 3. хладостойкие и износостойкие для деталей машин в климатическом исполнении ХЛ (хладостойкая). Медные сплавы для производства отливок разделяют на 3 основные группы: 1. латуни; 2. оловянные бронзы; 3. безоловянные бронзы. Литейные латуни – сплавы, основным легирующим компонентом которых является цинк. Литейными бронзами называют многокомпонентные медные сплавы, в которых легирующим элементом являются различные металлы. Различают 2 вида бронз: 1. оловянные, в которых одним из легирующих элементов является олово; 2. безоловянные (аллюминевые, свинцовистые). 5 Аллюминиевые сплавы из всех цветных литейных сплавов нашли наиболее широкое распространение в машиностроении. Сплавы на основе магния широко используются в машиностроении, особенно в авиа- и ракетостроении. Оловянные и свинцовистые баббиты хорошо прирабатываются и обладают хорошими антифрикционными свойствами (используются в подшипниках скольжения). Изготовление отливок из титановых сплавов является одним из перспективных направлений в производстве заготовок. Эти сплавы отличаются малой плотностью, высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Однако производство отливок из титановых сплавов вызывает значительные механические трудности, обуславливаемые высокой (порядка 2000 С0) температурой расплава и его активным химическим взаимодействием с материалом литейной формы. 4 Литейные свойства сплавов Литейные сплавы: 1. хорошо заполнять литейную форму; 2. обеспечивать после охлаждения и затвердевания отливки заданные механические, физические и химические свойства. Это зависит от условий, в которых происходит заливка и охлаждение расплава и литейных свойств сплава. К этим свойствам относят: жидкотекучесть, усадку, склонность к ликвации. Жидкотекучесть – это способность расплава заполнять литейную форму. Усадка – уменьшение объема металла при переходе его из жидкого состояния в твердое. Возможные торможения усадки приводят к возникновению остаточных напряжений в отливке и, как следствие, её деформации и появлению микротрещин. Ликвация – неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации. 6 Основные этапы технологического процесса получения отливки Изготовление отливок разного размера и различной степени сложности из сплавов, отличающихся по своим свойствам, невозможно осуществить одним и тем же методом. Поэтому, существует множество методов литья. Однако независимо от этого, основные операции процесса могут быть объединены в 3 группы: 1. изготовление литейной формы; 2. плавка металла и заливка его в форму; 3. выбивка и очистка отливок. Процесс изготовления литейной формы включает изготовление её отдельных элементов и стержней и сборку формы. При этом, в зависимости от типа производства, изготовление формы может быть ручным или машинным. Для получения расплава подготавливают и загружают плавильную печь и плавят металл. Плавку обычного серого чугуна осуществляют в огранках. Высококачественный серый чугун (СЧ 25-45), сталь и цветные сплавы плавят в пламенных или электра печах (дуговых или индукционных), затем расплав заливают в форму. После охлаждения и затвердевания отливку выбивают из формы, очищают от формовочной и стержневой смесей и удаляют остатки литниковой системы. Для снятия остаточных напряжений и получения заданных физикомеханических свойств, отливку подвергают соответствующей термообработке. 5. Заливка формы расплавом и питание отливки. Литниковые системы При заливке расплав поступает в полость формы по специальным каналам – литникам. Система называется литниковой. Литниковые системы должны обеспечивать: 1. плавное и непрерывное заполнение формы расплавом; 2. задержание случайно попавшего с расплавом шлака; 7 3. питание отливки расплавом в процессе её затвердевания; 4. получение отливки без литейных дефектов; 5. минимальный расход сплава на литниковую систему. Литниковая система включает следующие элементы (рисунок 2.1): литниковая чаша (1); стояк (2); шлакоуловитель (3); питатели (4); выпар (прибыль) (5). Рисунок 2.1 – Схема горизонтальной литниковой системы с подводом сплава в плоскости разъема формы Назначение литнковой чаши – облегчить попадание в стояк струи расплава, уменьшить её размывающие действия и предварително отделить шлак от расплава. Для задержания шлака отверстия стояков иногда закрывают пробками или тонкими жестяными пластинами. Пробки после заполнения чаши открывают, пластинки расплавляются. Для мелких отливок вместо чаши делают специальную коническую литниковую воронку. Стояк – вертикальный канал, сужающийся к низу. Конусность стояка – 2-40. Шлакоуловитель – горизонтальный канал трапециевидного сечения, находящийся, обычно, в верхней полуформе. Он служит для задержания 8 шлака и передачи расплава от стояка к питателям. Для лучше очистки расплава между шлакоуловителем и питателями иногда устанавливают фильтровальные сетки, выполненные из огнеупорного материала или металла. Питатетели – каналы для подачи расплава непосредственно в полость формы. Сечение питателей должно быть таким, чтобы расплав плавно поступал в полость формы, мало охлаждался по пути. А после затвердевания расплава питатель легко отламывался бы от отливки. Количество и расположение питателей зависит от материала отливки, её конфигурации и массы. Расположение питателей можно регулировать режим затвердевания отливки. Для создания направленного затвердевания отливки от тонких к более массивным частям и далее к прибыли, которая затвердевает последней, питатели подводят к массивным частям отливки или непосредственно к прибыли. Для обеспечения одновременного затвердевания и уменьшения остаточных напряжений питатели подводят к тонким сечениям отливки. Направленное затвердевание применяют для отливок из стали, алюминиевых, магниевых и других сплавов, имеющих усадку и склонность к образованию усадочных раковин. Одновременное затвердевание целесообразно для сплавов с малой усадкой – серого чугуна, олова, бронз и т.д. Для лучшего шлакоотделения и уменьшения энергии струи расплав, прежде чем попасть в питатель, должен пройти от стояка некоторый путь вдоль шлакоуловителя. Поэтому, не рекомендуется располагать питатель под стояком. На массивных частях отливки устраивают выпары, представляющие собой вертикальные каналы с расширение к верху. Выпар служит для выхода из формы воздуха, газов, контроля заполнения формы и питателя отливки расплавом. В зависимости от величины формы ставят 1 или несколько выпаров. 9 К числу элементов литниковой системы, обеспечивающих питание отливки расплавом при затвердевании, относят так же прибыли. Прибыли применяют для компенсации усадки при изготовлении отливок из белого, легированного, высокопрочного чугунов, тонкостенных отливок из серого чугуна, а так же отливок из стали и цветных сплавов. Обычно, прибыли располагают над массивными частями отливки. Прибыли должны иметь такие размеры и формы, чтобы расплав в них застывал последним. При этом следует помнить, что установка прибыли увеличивает расход сплава и себестоимость отливки. На практике наиболее часто используются следующие литниковые системы (рисунок 2.2): a. сифонные – подвод расплава снизу; b. дождевые – подвод расплава сверху; c. ярусные – подвод расплава сначала снизу, а затем сверху; d. горизонтальные – подвод расплава в плоскости разъема формы. Рисунок 2.2 – Схемы литниковых систем Эти литниковые системы могут быть сужающимися и расширяющимися. Для сужающийся системы характерно последовательное 10 уменьшение площадей F поперечного сечения литниковых каналов от стояка к шлакоуловителю и питателям, т.е. F F F . с ш п Поскольку пропускная способность канала определяется площадью его поперечного сечения, при наличии самого узкого места в питателях, шлакоуловитель будет заполнятся расплавом, шлак окажется на поверхности, а в форму будет непрерывно поступать чистый расплав. Кроме того, при такой прогрессивно сужающейся по ходу расплава литниковой системе, постоянно заполняющаяся расплавом литейная форма окажется запертой от засасывания в неё воздуха. Однако при этом истечение расплава в полость формы происходит с большой скоростью, что может привести к разбрызгиванию и окислению сплава и размыву стенок формы. В расширяющейся литниковой системе узкое место чаще всего находится в нижнем сечении стояка, при этом выполняется условие F F F с ш п Вследствие этого, скорость потока расплава от стояка к питателям последовательно снижется. В результате расплав поступает в полость формы более спокойно, с меньшим разбрызгиванием, меньше окисляясь и размывая стенки формы. Сужающаяся литниковая система наиболее широко применяется в производстве чугунных отливок, а расширяющаяся – при изготовлении отливок из стали, алюминия, магния и др. легкоокисляющихся сплавов. В настоящее время наблюдается тенденция их использования и для получения чугунных отливок. 6. Определение площадей и размеров поперечных сечений литниковых каналов Задача определения точных значений площадей поперечных сечений литниковых каналов трудновыполнима 11 из-за сложности процессов происходящих при заполнении формы расплавом. Поэтому, на практике используют упрощенные методы, основанные на следующих допущениях: 1. расплав рассматривается как идеальная жидкость с постоянной вязкостью; 2. охлаждение расплава и нагревание формы при её заполнении не учитываются; 3. движение расплава рассматривается как установившееся движение тяжелой жидкости по каналам формы. Расчет литниковой системы выполняется в 2 этапа: 1. определение суммарных площадей поперечного сечения питателей F ; п 2. по найденной величине Fп , пользуясь в практике литейного производства соотношением, определяют площади поперечного сечения шлакоуловителей и стояка. Суммарные площади поперечного питателей: M M F п tV t 2 gH , см2 (1) p Где М – масса отливки, г; – плотность расплава, г/см3; t – продолжительность заливки расплава в формы, с; V – скорость движения расплава по каналам, см/с; 0,25...0,6 – коэффициент расхода, учитывающий суммарное сопротивление литниковой системы и полости формы движению расплава, см; g=980,7 см/с2 – ускорение свободного падения; H p – расчетный статистический напор расплава. 12 Неизвестными в (1) являются величины t и H . Продолжительность p заливки расплава в формы для тонкостенных заливок сложной конфигурации массой до 450 кг: tS M Продолжительность заливки средних и крупных отливок массой до 1000 кг: t S3 M , где S – коэффициент, зависящий от жидкотекучести сплава, типа литниковой системы и толщины стенок отливки, мм; – средняя толщина стенок отливки, мм; М – масса отливки, кг. Расчетный напор расплава: Hp H P 2 , см, 2C (2) где Н – высота стояка от уровня литниковой чаши до питателей, см; Р – расстояние от верха отливки до питателей, см; С – высота отливки, см. Входящие в (2) величины определяются в соответствии с принятыми схемами подвода расплава в форму. При подходе расплава к плоскости разъема (рисунок 2, г) расстояние P 0,5C и расчетный напор расплава H P H 0,125C . При верхнем подводе расплава (рисунок 2, б) размер P 0 , а расчетный напор расплава H P H . В случае подвода расплава снизу (рисунок 2, а) P C . В соответствии с этим, статистический напор H P H 0,5C . Площади поперечного сечения шлакоуловителей FØ определяются по соотношению FП : FШ : FC и и стояка FС принимаются в зависимости от марки сплава, размеров, конфигурации и массы отливки. 13 Например, для отливок из серого чугуна наиболее часто используются следующие соотношения: для тонкостенных отливок – 1:1,06:1,11; для мелких и средних отливок – 1:1,1:1,15; для крупных отливок – 1:1,2:1,4. FÏ , FØ , FC После этого, по найденным значениям справочника значения размеров поперечного выбирают из сечения питателя, шлакоуловителя и диаметр стояка. Размер литниковой чаши (воронки) нормализован и зависит от диаметра стояка. 7. Литье в песчано-глинистые формы Из всех методов изготовления отливок литье в песчано-глинистые формы получило наибольшее распространение. Это объясняется сравнительно простым методом технологии литья, низкой стоимостью используемых материалов, сравнительно высоким качеством заготовок, возможностью механизации и автоматизации производства. Литье в песчано-глинистые формы – сложный комплексный процесс, поэтому, большое значение имеет его технологическая подготовка, в которой выделяют 3 основных взаимосвязанных этапа: 1. конструирование отливки; 2. разработка технологического процесса её изготовления; 3. проектирование модульного комплекта и технологий изготовления литейной формы (формовки). Этапы технологического процесса изготовления отливки Технологический процесс изготовления отливки зависит от её конструкции, предъявляемых к ней требований и от масштаба производства. Он включает следующие основные операции: 1. изготовление модели и стержневых ящиков; 2. приготовление формовочной и стержневой смесей; 3. изготовление литейной формы, стержней и их сборка; 14 4. приготовление расплавов; 5. заливка расплава в форму; 6. выбивка отливки из формы и стержней из отливок; 7. обрубка остатков литников, очистка отливок и их термообработка; 8. контроль качества отливок и исправление дефектов. 8. Изготовление литейной формы, стержней и их сборка Основные этапы изготовления литейной формы рассмотрим на примере получения отливки чугунной втулки. На плиту 1 (рисунок 2.3, а) устанавливают нижнюю половину 2 модели и нижнюю опоку 3. Поверхность модели и плиты посыпают сухим разделительным песком или опрыскивают разделительной жидкостью. В опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют её. Полуформу переворачивают на 1800 и вновь устанавливают на плиту 1 (рисунок 2.3, б). На нижнюю половину модели по штифтам устанавливают верхнюю половину 4 модели, а на нижнюю опоку – верхнюю опоку 5. Опоки базируют по пальцам 6. Вновь посыпают поверхность модели разделительным песком, ставят модели элементов литниковой системы 7, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку 4 и уплотняют её. Рисунок 2.3 – Схема изготовления литейной формы 15 Стержень изготавливают из стержневой смеси в уплотняемом стержневом ящике (рисунок 2.4). После извлечения из ящика стержни сушат и покрывают устанавливают противопригарным по стержневым покрытием. знакам в В форму соответствующие стержни гнезда, полученные с помощью знаков модели. Рисунок 2.4 – Стержневой ящик Описанную литейную форму называют разовой, т.к. её используют однократно и при извлечении отливки разрушают. Разовые литейные формы изготавливают из формовочных смесей, основным составляющим элементом которых является песок. В качестве связки добавляют глину Выбивка отливок из формы, обрубка остатков от литниковой системы, очистка отливок и их термообработка После заливки формы расплавом отливка охлаждается и затвердевает. Затвердевшая отливка должна определенное время охлаждаться в форме, т.к. прочность сплава при высокой температуре мала и отливка может разрушиться при выбивке её из формы. Кроме того, охлаждение отливки на воздухе не желательно из-за появления остаточных напряжений, коробления и даже трещин. Процесс выбивки отливки заключается в том, что затвердевшую и охлажденную до заданной температуры отливку извлекают из формы. При этом форму и стержни разрушают. Выбивка относится к числу наиболее трудоёмких и тяжелых операций литейного производства, т.к. из формы выделяется большое количество тепла, газов и пыли. В механизированном 16 производстве для выбивки отливок используют механические (эксцентриковые или инерционные) решётки. Они наиболее экономичны. Кроме того, уровень их шума сравнительно невысок. Остатки стержней после выбивки отливки из формы удаляют на вибрационных машинах, в гидравлических камерах и электрогидравлических установках. Выбитая из опоки формовочная смесь проваливается сквозь решетку и по конвейеру передвигается к месту её переработки, а отливки поступают в очистное отделение. В литейных цехах крупносерийного и массового производств операции выбивки отливок из форм и стержней из отливок, а также транспортирование отливок в очистное отделение механизированы и автоматизированы. После выбивки из формы отливки предварительно осматривают. Отливки с явным браком откладывают и отправляют на переплавку. Остальные отливки поступают на обработку и очистку. Обрубка отливок заключается в отделении от неё прибыли, выпаров, литников и в удалении заливов по месту сопряжения полуформ или в области стержневых знаков. Обрубку производят с помощью пневматических рубильных молотков, снабженных зубилами, ленточных или дисковых пил, абразивных кругов, а также дуговой, газовой и анодно-механической резки. В крупносерийном и массовом производствах для обработки мелких и средних отливок используют прессы. Для удаления пригара и улучшения качества поверхности, отливки очищают галтовкой, дробеструйным, дробеметным, вибрационным или электрохимическим способами. Очистка отливки галтовкой осуществляется во вращающихся барабанах. Очистка происходит в результате взаимного соударения и трения отливок. Для усиления очистки в барабан вместе с отливками загружают детали из отбеленного чугуна. 17 В дробеструйных аппаратах на поверхность отливок со струей воздуха или воды подаётся чугунная или стальная дробь со скоростью 20-30 м/с. Для очистки отливок из алюминиевых сплавов вместо чугунной дроби используются кусочки алюминиевой проволоки. Дробемётная очистка происходит за счет кинетической энергии струи чугунной дроби, выбрасываемой на отливки дробемётным колесом со скоростью до 80 м/с. Мелкие отливки весьма эффективно очищаются вибрационным способом. Для этого отливки и абразивный наполнитель загружают в контейнер и приводят в колебательное движение. В процессе взаимного перемещения абразив очищает поверхность отливок. Электрохимическая очистка заключается в удалении окалины и химическом растворении пригара в электролите из расплавленного механического каустика при пропускании через него постоянного тока. По окончании процесса отливки промывают в воде и высушивают. Для удаления заливов, заусенцев и неровностей поверхности отливку зачищают абразивными кругами на шлифовальном станке. Термическая обработка отливки проводится для снижения остаточных напряжений, стабилизации размеров, снижения твердости, повышения механических свойств, износостойкости, улучшения обработки резанием. Вид термообработки определяется маркой сплава, конструкцией отливки и предъявляемыми к ней техническими требованиями. Различные виды отжига проводят для уменьшения остаточных напряжений, снижения твердости, улучшения структуры и обработки резанием чугунных и стальных отливок. Недостаток отжига – большая продолжительность (от 3 до 10 часов). Нормализация применяется для улучшения механических свойств отливок. При закалке и отпуске повышается прочность, твердость и износостойкость. 18 Химико-термическая обработка применяется для получения высокой поверхностной твердости и износостойкости. 9. Контроль качества отливок и исправление дефектов Отливки подвергаются промежуточному контролю на различных стадиях технологического процесса и окончательному контролю для определения их соответствия чертежу, техническим требованиям и условиям. При этом контролируется: 1. химический состав сплава и его структура; 2. физико-механические свойства отливки; 3. соответствие размеров, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей отливки значениям, заданным в чертеже; 4. поверхностные и внутренние дефекты и оценивают возможность их устранения. В зависимости от назначения отливки проводят сплошную или выборочную проверку. Химический состав отливок определяется методами химического или спектрального анализа. Анализ обычно производят на прилитом к отливке или отдельно изготовленном образце. По результатам анализа судят о содержании в сплаве тех или иных химических элементов. Структура сплава устанавливается при рассмотрении излома образцов или специально изготовленных образцов-шлифов невооруженным глазом (макроскопический анализ) или под металлографическим микроскопом при увеличении от 100 до 500 раз (микроскопический анализ). Механические свойства отливок контролируют, определяя предел прочности при растяжении, твердость, относительное удлинение, ударную вязкость и т.д. Для испытаний отливают специальные образцы или используют образцы прилитые к заготовкам. Для контроля герметичности пневмоиспытания. 19 отливок проводят гидро- или Размеры отливок, отклонения формы и взаимного расположения поверхностей контролируют с помощью различных средств измерения: линеек, штангенциркулей, шаблонов, а также контрольных приспособлений. В ряде случаев, для контроля используют разметку. Отклонения не должны превосходить значений. Заданных в чертеже. Шероховатость поверхности контролируют с помощью эталонов и специальных приборов профилографов и профилометров. Внутренние дефекты отливок выявляют методами ультразвуковой и радиографической дефектоскопии. При радиографической дефектоскопии получают негативный снимок отливки при облучении её рентгеновскими или гамма-лучами. Дефекты (шлаковые включения, раковины, рыхлости, поры, трещины) на плёнке появляются в виде темных пятен. Поверхностные дефекты отливок, трещины, поры, раковины и ужимины выявляют различными методами. Видимые дефекты обнаруживают при визуальном осмотре, определяют с невидимые помощью поверхностные люминесцентной, дефекты магнитной и (трещены) цветовой дефектоскопии. Дефекты отливок исправляют, если это технически возможно и экономически целесообразно. В противном случае, отливку бракуют. Наиболее распространенными способами устранения дефектов являются: правка, заварка, пропитка и замазка дефектов пастами. Правкой исправляют изогнутость или коробление отливок. Правку осуществляют вручную или на прессах. Сваркой исправляют поверхностные дефекты. Используют дуговую, газовую и аргонодуговую сварку. В большинстве случаев, сварку осуществляют электродами, неотличимыми по составу от материала отливки. Дефектные места, подлежащие сварке, предварительно разделывают пневматическими зубилами или высверливают. Для повышения герметичности отливки пропитывают. Для пропитки используют бакелитовый лак, например, олифу. 20 Поверхностные дефекты, не влияющие на прочность отливок и, расположенные на необрабатываемых поверхностях, замазывают пастами, состоящих из наполнителя (каменной муки, цемента), связующего (гипоксидная смола) и отвердителя. После исправления дефектов отливки вновь контролируют. Перед отправкой на склад или в механический цех отливки грунтуют и окрашивают. 10 Контролирование отливки Основные требования, предъявляемые к конструкции отливки Рациональная конструкция отливки является важным фактором, от которого зависит получение качественной детали. Для достижения требуемого качества отливка должна быть сконструирована с учетом: 1. заданных эксплуатационных характеристик изделия; 2. литейных свойств сплава; 3. литейной технологии; 4. технологии обработки резанием. При конструировании отливки нужно руководствоваться следующими рекомендациями: 1. отливка должна быть компактной, не иметь далеко выступающих частей, представлять собой сочетание простых геометрических тел, с преобладанием плоскостей и прямых линий. Это упрощает и удешевляет изготовление модельного комплекта; 2. число стержней должно быть минимальным, а их конфигурация – простой, обеспечивающей легкую установку стержней в литейную форму без применения и свободное удаление из отливки. Это упрощает изготовление и сборку литейной формы, а также выбивку стержней из отливок; 3. при конструировании отливки не следует допускать цельных массивных сечений, утолщений, местных скоплений сплава, т.к. это приводит к увеличению массы отливки и возможному образованию 21 дефектов усадочного характера (пористости, усадочных раковин, трещин и т.д.). Нужно применять открытые профильные сечения с максимальным облегчением отливки. Необходимую жесткость и прочность обеспечить оребрением, применением рациональных профилей, приданием отливке выпуклых сводчатых форм; 4. для уменьшения остаточных напряжений, возникающих в отливке, она не должна иметь острых углов и резких переходов от одного сечения к другому; 5. стенкам отливки, перпендикулярным плоскости разъема формы, необходимо придавать уклоны. Уклоны бобышек и приливов делают максимальными; 6. Толину стенок отливки нужно устанавливать минимальной, в соответствии с жидкотекучестью сплава и технологией изготовления отливки; 7. в отливках следует допускать минимальное число приливов, выступов и бобышек. Если это возможно. Объединить их в один прилив или утолщение минимальных размеров; 8. при оформлении конструктивных элементов (рёбер жёсткости, окантовок, приливов, переходов, литых отверстий и т.п.) необходимо руководствоваться соответствующей технической документацией, например, ОСТами, нормалями, стандартами предприятий; 9. конструкция отливки должна обеспечивать удобство её очистки и обрубки после выбивки. Отливка не должна иметь глубоких глухих карманов, поднутрений и т.д.; 10. поверхности, обрабатываемые резанием, в литейной форме должны располагаться снизу или сбоку, т.е. там, где в процессе кристаллизации образуется наиболее качественный металл. Это уменьшает вероятность попадания на обработанную поверхность литейных дефектов, например, раковин; 11. отливки необходимо проверять на технологичность. 22 11. Конструктивное оформление элементов отливок 1. Сопряжение стенок отливки Плавность перехода от тонких сечений к массивным, правильное сопряжение и достаточно великие радиусы закруглений обеспечивают получение отливок без литейных дефектов. Переходы от одного сечения к другому и сопряжение стенок должны оформляться в соответствии рисунком 2.5. при a 2b при a 2b 1 1 a b r ... 6 3 2 1 1 a b r ... 6 3 2 R r b при a 2b при a 2b K 0,2 – для стали; c 3 a b K 0,25 – для чугуна; l 4a b K a b l R r bc Рисунок 2.5 – Сопряжение стенок отливки 23 2. Ребра жесткости Толщину наружных рёбер жесткости принимают до 0,8, а внутренних – до 0,6 от толщины сопряжённой стенки. Рёбра жесткости должны иметь плавный переход с сопрягаемой стенкой, в соответствии с приведенными выше рекомендациями. 3. Литые отверстия Следуе6т избегать литых отверстий малого диаметра и большой длины. Для ориентировочного определения минимального диаметра отверстия можно воспользоваться следующей формулой d min d 0 0,1l , где l – длина (глубина) отверстия. Величина d0 для алюминиевых сплавов и бронз – 5 мм, для чугунов – 7 мм, для сталей – 10 мм. Отверстия меньших диаметров не проливают, а получают при обработке резанием. 4. Уклоны Для свободного извлечения модели из формы (при литье по выплавляемым моделям, из пресс-формы) поверхностям отливки перпендикулярным плоскостям разъема придают уклоны. Величина которых зависит от высоты стенки отливки (модели) и назначения, в соответствии с ГОСТ 3212-92. Уклоны местных невысоких утолщений стенок (бобышек, приливов и т.п.) рекомендуется увеличивать до 30-500. 5. Толщина стенок отливки Как правило, рекомендуется отливать стенки наименьшей толщины, допускаемой технологией получения отливки и её прочностью. На рисунке 2.6 показан график зависимости минимальной толщины стенки S min приведенного габаритного размера отливки, вычисляемой по формуле N 2l b h , 3 24 от где l – длина отливки, мм; b – ширина отливки, мм; h – ширина отливки, мм. Рисунок 2.6 – График зависимости минимальной толщины стенки S min от приведенного габаритного размера отливки График составлен для наружных стенок при литье в песчано-глинистые формы. Толщину внутренних стенок, перегородок и ребёр делают, в среднем на 20 % меньше. График может служить только для ориентировочной оценки толщины стенок. Поскольку толщина сильно зависит от конфигурации отливки. Сложные отливки, формируемые в нескольких опоках с применением большого числа стержней, рекомендуется выполнять с повышенной толщиной стенок. Большое влияние на толщину стенок отливок оказывает технология литья, состав формовочной и стержневой смесей, конструкция литниковой системы и т.д. В тяжелонагруженных литейных деталях (станины молотов) толщина стенок определяется действующими нагрузками и жесткостью конструкции и, значит, превышает, приведенные на рисунке 2.6 значения. Однако в подобных случаях целесообразно назначать наименьшую толщину стенок, 25 достигая требуемую прочность и жесткость отливки за счёт её рациональной формы. 6. Приливы, выступы и бобышки При конструировании отливок необходимо предусмотреть минимальное число приливов, выступов и бобышек. Увеличивающих трудоемкость изготовления модельного комплекта и литейной формы, вследствие применения отъемных частей у модели. Наличие отъемных частей снижает также точность отливки. Особенно нежелательно наличие отъемных частей при машинной формовке. 12. Специальные методы литья К специальным обычно относят методы, отличающиеся от традиционной технологии получения заготовок литьём в песчано-глинистые формы. Наибольшее распространение получили следующие методы литья: по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, под давлением, в кокиль и центробежное литьё. Эти методы относятся к прогрессивным, материало-, энерго- и трудосберегающим технологическим процессам. Они позволяют получать отливки сравнительно высокой точности, с низкой шероховатостью поверхности, с конфигурацией и размерами максимально приближенными к деталям. По сравнению с литьём в песчано-глинистые формы специальные методы литья характеризуются небольшим процентом брака, низким расходом формовочных материалов, пониженным вредным воздействием на окружающую среду и благоприятными условиями труда. Экономичность специальных методов литья возрастает с увеличением объема выпуска отливок, например, при переходе от серийного к массовому производству. 13. Литье по выплавляемым моделям Сущность метода заключается в следующем: в пресс-форме изготавливают модель из легкоплавкого материала (парафин, стеарин и т.п.), покрывают её огнеупорным составом, путем многократного (от 3 до 6 раз) 26 поочередного окунания моделей в суспензию и обсыпания зернистым материалом (мелкий песок, электрокорунд). Этот состав после химического отверждения создает вокруг модели прочную оболочку. Затем модель выплавляют, оболочковую форму прокаливают, устанавливают в контейнер и засыпают контейнер песком для предупреждения разрушения формы. После этого форму заливают расплавом. Данный метод позволяет получать отливки сложной конфигурации массой от 10 грамм до 10 килограмм из любых сплавов. Благодаря малой шероховатости поверхности формы, её высокой огнеупорной и химической инертности, шероховатость поверхности отливки не высока и характеризуется величиной RZ 40...10 мкм, а в отдельных случаях – Ra 2,5 мкм. Поскольку, форма не имеет разъемов и стержней, коэффициент точности отлива, равный отношению массы детали к массе отливки может достигать 0,85…0,95, что резко сокращает объём обработки резанием и отход металла в стружку. Точность отливки соответствует 8…11 квалитету. Т.о. к достоинствам метода можно отнести: 1. возможность изготовления точных отливок сложной конфигурации, с низкой шероховатостью и минимальными припусками; 2. уменьшение расхода формовочного материала. Однако наряду с преимуществами метод имеет и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе метода изготовления отливки: 1. технологический процесс изготовления отливки состоит из ряда длительных операций: послойное формирование и сушка слоёв формы, прокаливание формы; 2. сложность автоматизации процесса изготовления модели и формы; 3. большая номенклатура материала для изготовления формы: материал для моделей, суспензии, обсыпки формы, засыпки в контейнер; 27 4. большое число технологических факторов, влияющих на точность формы и, следовательно, на точность отливки; 5. повышенный расход материала на литниковую систему, обусловленный сравнительно невысоким коэффициентом выхода годных заготовок KГ где МЗ , H М З – масса заготовки; Н – норма расхода, т.е. масса исходного металла, пошедшего на производство заготовки. Рассматриваемый метод получения отливки экономичен в условиях крупносерийного и ответственных массового отливок, с производств мелких, но сложных и высокими требованиями к точности и шероховатости. Помимо этого, метод может быть эффективен для мелкосерийного и даже единичного производств при изготовлении сложных отливок повышенной точности из сплавов со специальными свойствами, например, неподдающиеся обработке давлением или имеющих низкие литейные свойства. Литьё под давлением Литьё под давлением заключается в том, что расплав заливается в камеру прессования литейной машины, а, затем, под действием поршня перемещается в этой камере, заполняя через литниковые каналы полость металлической пресс-формы, затвердевает под избыточным давлением и образует отливку. После затвердевания и охлаждения до определённой температуры из отливки сначала извлекают стержни, затем пресс-форму раскрывают и толкателем удаляют отливку из пресс-формы. Т.о., сущность процесса заключается в том, что форма заполняется расплавом под действием 28 внешних сил, превосходящих силы гравитации, а затвердевание отливок протекает под избыточным давлением. Сочетание этих двух особенностей процесса позволяет получать отливки высокого качества. Низкая шероховатость и точность размеров рабочей полости пресс-формы, высокая скорость движения расплава дают возможность резко сократить продолжительность заполнения пресс-формы, улучшить наполняемость и изготовить тонкостенные отливки сложной конфигурации. Точность отливок, полученных этим методом, соответствует, в основном, 12 квалитету, однако тщательной доводкой пресс-формы можно добиться увеличения точности до 11 и даже 10 квалитета. С увеличением отливки её точность снижается. Параметр шероховатости отливки шероховатость поверхности большое RZ 40...20 мкм, причём, на влияние оказывает состояние поверхности пресс-формы. Прочность отливки при литье под давлением на 15-20 % превышает прочность отливки из того же сплава, изготовленной литьём в песчаноглинистые формы. Пластические свойства отливки несколько снижаются, т.к. в процессе заполнения формы металлом воздух, находящийся в форме и газы, создают газовоздушную пористость. Газовоздушность уменьшает также плотность и герметичность отливок. Основными преимуществами литья под давлением являются: 1. высокая производительность процесса; 2. многократное использование литейных форм; 3. полное исключение формовочных и стержневых смесей; 4. сравнительно высокая точность и низкая шероховатость отливок; 5. возможность получения отливок с малой толщиной стенок (меньше 1 мм) большой протяженности; 29 6. полное исключение трудоёмких операций формовки, сборки и выбивки форм; 7. возможность комплексной механизации и автоматизации технологического процесса получения отливок. К недостаткам метода относятся: 1. высокая стоимость пресс-форм, сложность их изготовления; 2. сравнительно невысокая стойкость пресс-формы при литье сплавов с высокой температурой плавления (сталь, чугун, некоторые медные сплавы); 3. трудность выполнения отливок со сложными полостями и поднутрениями; 4. малая податливость металлической формы, способствующая появлению остаточных напряжений в отливке. Литьём под давлением получают отливки различного назначения из легкоплавких цветных сплавов на основе алюминия, магния, цинка, меди. Применение черных металлов для литья под давлением ограничено. Масса отливки находится в пределах от нескольких граммов до десятков килограммов. Тип производства – крупносерийное или массовое. 14. Литьё в металлические формы (кокиль) Кокиль – металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. При этом отверстия и полости в отливке формируются при помощи металлических или песчаных стержней. Поэтому, в отличие от разовой песчано-глинистой формы кокиль используют многократно. Вследствие сравнительно высокой точности металлической формы точность отливки достигает 12-15 квалитета. Минимальное физикохимическое взаимодействие расплава и формы способствует повышению качества поверхности отливки и полностью устраняет пригорание. Параметр шероховатости RZ 80...20 мкм. 30 По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы литьё в кокиль обладает рядом преимуществ: 1. в результате исключения трудоёмких операций смесеприготовления, формовки и очистки отливки в 2-3 раза возрастает производительность труда; 2. повышается точность и уменьшается шероховатость отливки; 3. на 15-30 % улучшаются физико-механические свойства отливки; 4. многократное использование литейной формы; 5. до 0,75-0,95 возрастает коэффициент выхода годных отливок, а коэффициент точности отливок – до 0,7; 6. в 2-4 раза увеличивается съем отливок с 1 м2 площади цеха; 7. существенно сокращается, а в некоторых случаях полностью исключается использование формовочных и стержневых смесей; 8. устраняются вредные для здоровья трудоёмкие операции формовки и выбивки форм; 9. обеспечивается возможность комплексной механизации и автоматизации технологического процесса получения отливок. Вместе с тем, литьё в кокиль имеет и недостатки: 1. трудность получения отливки с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнить конструкцию формы; 2. высокая интенсивность охлаждения расплава в кокиле снижает его жидкотекучесть и ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках приводит к отбеливанию поверхностного слоя, ухудшению обработки резанием и вызывает необходимость термообработки отливки; 3. неподатливая газонепроницаемая форма вызывает в отливке появление литниковых дефектов (коробление), трещины, газовая пористость; 31 4. сложность и трудоемкость изготовления кокиля обуславливает его сравнительно высокую стоимость. Указанные преимущества и недостатки метода и определяют рациональную область его использования: литьё в кокиль экономически целесообразно в условиях серийного или массового производств сравнительно простых отливок из цветных и чёрных металлов. При этом учитывается такой важный фактор как стойкость кокилей, поскольку она существенно зависит от температуры плавления сплава. Преимущественное применение при литье в кокиль нашли цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления. 15. Центробежное литьё Центробежное литьё – это метод изготовления отливок, при котором расплав подвергают действию центробежных сил, возникающих при его заливке во вращающуюся форму или, в отдельных случаях, при вращении уже заполненной расплавом формы. При этом форма вращается до окончания кристаллизации сплава. Наиболее часто используют два варианта метода, когда: 1. расплав заливается в форму с горизонтальной осью вращения; 2. расплав заливается в форму с вертикальной осью вращения. В первом случае получающиеся отливки – тела вращения малой и большой протяженности. Во втором – тела вращения малой протяженности и фасонные отливки. Формы приводятся во вращение центробежной машиной. Качество поверхности и точность отливки во многом определяется типом применяемой формы: постоянной металлической или разовой. Разовые формы – песчано-глинистые или собранные из стержней. К основным преимуществам этого метода литья относятся: 1. высокая плотность металла отливки, позволяющая в ряде случаев отливкам конкурировать с поковками; 2. меньший расход металла из-за отсутствия литниковой системы или снижения массы литников; 32 3. исключение затрат на изготовление стержней для получения отверстий и полостей в цилиндрических отливках; 4. улучшение заполняемости формы расплавом. Получение отливок из сплавов, обладающих низкой жидкотекучестью; 5. возможность получения многослойных, армированных и биметаллических отливок. Центробежному литью свойственны и недостатки: 1. сложность получения качественных отливок из сплавов, склонных к ликвации; 2. неточность и низкое качество внутренних поверхностей отливки; 3. потребность в дорогостоящих машинах и литейных формах, обладающих высокой прочностью и герметичностью из-за высокого давления расплава. Набольший технико-экономический эффект применения центробежного литья дает в крупносерийных и массовых производствах отливок типа тел вращения. К числу таких изделий относятся трубы различного назначения из чугуна, сталей и цветных сплавов, втулки, цилиндрические гильзы, тракторные и автомобильные детали и т.п. Большое распространение метод получил в производстве биметаллических изделий. Для получения обычных фасонных отливок центробежное литьё целесообразно применять в тех случаях, когда другими методами литья отливки невозможно получить или при этом существенно снижается её физико-механические характеристики. 16. Составление графического документа на отливку В массовом, крупносерийном и среднесерийном производствах на отливки разрабатывают графические документы (ГД). ГД выполняют на карте эскизов в соответствии с ГОСТ 3.1125-88 и стандарту ЕСКД. ГД должен содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и приёмки заготовок. Размеры отливки должны быть заданы от 33 поверхности, используемой в качестве технологической базы при разметке или черновой обработке. Предельные отклонения размеров и припуски на механическую обработку назначают по ГОСТ 26645-85. На чертеже обязательно указывают отклонения размеров с несимметричным расположением поля допуска, а также для размеров, требования к которым отличаются от обозначенных общей надписью в текстовых записях (технических требованиях ГД). Допуски формы и взаимного расположения поверхностей указывают на чертеже стандартными условными обозначениями. Допуски формы и расположения поверхностей не предусмотренные по стандарту могут быть указаны в текстовых записях. В ГД необходимо указать величину припуска на обработку поверхности. Вместо припуска допускается указывать соответствующие размеры детали. Их наносят в круглых скобках под размерами отливки или дают как размеры контура детали. Шероховатость поверхности отливки обозначают знаком который располагают в правом верхнем углу чертежа. Контуры детали показывают сплошными тонкими линиями. При этом, второстепенные элементы детали можно не изображать. В ГД показывают технологические приливы, пробы для испытаний, остатки питателей, прибыли и т.п., если они не удаляются в заготовительном цехе. Линию отрезки питателей, прибыли и других элементов, обрабатываемых резцом, дисковой фрезой, пилой и т.д., выполняют сплошной тонкой линией. При огневой резке или обламывании – волнистой линией (рисунок 2.11). Рисунок 2.11 34 Для проб, вырезаемых из тела отливки (рисунок 2.12), указывают их назначение (например, «Проба для механических испытаний», «Проба для металлографических исследований») и размеры, определяющие место вырезки. Рисунок 2.12 Место нанесения маркировки или клейма на изображение отливки отмечают точкой и соединяют её линией-выноской со знаками маркировки или клеймения, которые располагают вне изображения. Знак маркирования – окружность диаметром 10-15мм. Знак клеймения – равносторонний треугольник высотой 10-15мм (рисунок 2.13). Внутри знака, выполняемого сплошной основной линией, помещают номер соответствующего пункта текстовых записей, в которых приведены указания о маркировании или клеймении. Рисунок 2.13 35 При разработке ГД на отливку составляют технические требования (текстовые записи) на её изготовление. Текстовые записи, согласно ГОСТ 2.316-68, по возможности, должны выполняться в такой последовательности: 1. обозначение материала заготовки, требования, предъявляемые к нему (при необходимости) и термической обработки; 2. сведения о размерах, форме, погрешностях формы и взаимного расположения поверхностей отливки (величины неуказанных предельных радиусов скругления углов, формовочных уклонов, остатков литников и т.п.); 3. нормы точности отливки по ГОСТ 26645-85, а так же значения номинальной массы детали, припуска на обработку, технологического напуска и отливки; 4. требования к качеству поверхности, указания об их отделке, покрытии; 5. другие требования к качеству отливки (размеры образца для испытаний, условия и методы испытаний, способы устранения брака); 6. указания о маркировании и клеймении; 7. ссылки на другие документы, содержащие технические требования, распространяемые на отливку, но не приведенные в ГД (…Остальные технические требования по ОСТ…). Текстовые записи располагают правее и (или) ниже изображения заготовки. При выполнении ГД на нескольких листах текстовую часть помещают только на первом листе. 36
