Главная страница
Навигация по странице:

  • 3.1. Требования, предъявляемые к формовочным материалам

  • 3.2. Требования к литейным материалам

  • 3.3. Литейные стали

  • 3.4. Литье из сплавов цветных металлов

  • 3.5. Методы отливки металлических изделий

  • Вопросы для самоконтроля

  • Тесты по теме 3

  • ТКМзаочник. Учебнопрактическое пособие для студентов заочной полной и сокращенной заочной формы обучения



    Скачать 342.5 Kb.
    НазваниеУчебнопрактическое пособие для студентов заочной полной и сокращенной заочной формы обучения
    АнкорТКМзаочник.doc
    Дата30.04.2017
    Размер342.5 Kb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаТКМзаочник.doc
    ТипУчебно-практическое пособие
    #5133
    страница2 из 6
    1   2   3   4   5   6

    Тема 3. Технология литейного производства

    Задачей литейного производства является получение изделий путем

    заливки жидкого металла в специальные литейные формы.

    Различают заливку в земляные формы, оболочковые и металлические. В

    большинстве случаев при производстве чугунного и, тем более, стального литья

    форма из «земли», т.е. смеси песка и глины, используется один раз.

    При выплавке сплавов с низкой температурой плавления даже формы,

    изготовленные из огнеупорных смесей используются несколько раз.

    Литье в металлические формы является более прогрессивным, но, как

    правило, требует подпрессовки металла, что в случае разливки чугуна и стали

    осуществлять непросто. Поэтому при литье стали в металлические формы их

    поверхность покрывают огнеупорными красками.

    Внутренняя часть формы представляет собой чуть более крупный

    отпечаток будущего изделия. Например, нам требуется отлить втулку, т.е.

    отрезок трубы. Ясно, что внутренняя часть втулки не должна заполняться

    металлом. Поэтому эта часть литейной формы должна быть заполнена другим

    материалом, а не материалом, из __________которого отливается втулка. Для заполнения

    этой части изделия используют стержни, изготавливаемые из специальной

    формовочной смеси. Указанная смесь забивается в стержневой ящик. Стержень

    изготавливается так, чтобы он мог легко размещаться в форме. С этой целью

    его делают длиннее втулки и выступающие части стержня делают

    коническими. Коническая часть стержня устанавливается в специальных

    «знаках», т.е. выемках, образованных в формовочной земле моделью втулки,

    изготовленной с учетом конусности выступающих частей стержня.

    Естественно, что всю деталь целиком или ее модель не вытащить из

    земляной формы без разборки. Поэтому модель детали, в нашем случае втулки,

    делают из двух, а иногда и большего числа частей, то есть форма состоит из

    нескольких частей, как правило, верхней и нижней. Эти внешние части формы

    называют опоками, в которые и набивают формовочную землю.

    Для заполнения формы металлом в ней изготавливают каналы, имеющие

    формы детали. Система, состоящая из каналов-питателей, чаши, служащей для

    приема металла, и шлакоуловителем, называется литниковой системой. Для ее

    изготовления тоже делают специальную модель. Выступающие верхние части

    модели соединяют с атмосферой специальными каналами, называемыми

    выпорами. Выпоры служат для облегчения и ускорения заполнения формы, а

    также для выполнения металла, обусловленного усадкой при кристаллизации.

    3.1. Требования, предъявляемые к формовочным материалам

    Смеси песка и глины должны обладать пластичностью, прочностью,

    газопроницаемостью, огнеупорностью, теплопроводностью, долговечностью и

    дешевизной, недефицитностью.

    Пластичность – это способность воспринимать форму модели. Эта

    характеристика зависит, в основном, от влажности и содержания глины.

    Прочность необходима для сохранения формы при толчках, давлении, металла.

    Прочность растет с повышением содержания глины и уменьшением размеров

    частиц песка. Вода, при содержании до 6-8% повышает прочность, а затем

    снижает. Газонепроницаемость – способность пропускать через свои поры пары

    воды и газы, образующиеся при контакте с жидким металлом. При

    недостаточной газонепроницаемости литейная форма плохо заполняется

    металлом, а сама отливка поражается газовыми раковинами. Эта

    характеристика зависит от состава смеси, то есть от распределения частиц по

    размерам и способа уплотнения, который проводится встряхиванием, либо

    давлением. Огнеупорность существенно зависит от содержания различных

    добавок и их поведения по отношению к металлу. Самое главное, чтобы

    формовочная смесь не пригорела к металлу.

    Пригар зависит от наличия примесей легкоплавких веществ, таких как

    Na2CO3, K2CO3, NaCl и т.п., а также соединений, дающих легкоплавкие

    соединения при взаимодействии с SiO2.

    Теплопроводность – качество смеси, которое определяет структуру

    металла. Уменьшение теплопроводности достигается использованием присадок

    коксового порошка. Увеличение теплопроводности достигается присадками

    дроби.

    Важным свойством формовочных материалов является податливость, т.е.

    способность воспринимать термические изменения формы после ее заливки

    металлом без разрушения.

    Используемые в литейном производстве смеси проходят соответствующие

    лабораторные испытания.

    При изготовлении литейных моделей учитывается припуск на дальнейшую

    механическую обработку.

    Модели для различных металлов и сплавов красят в различные цвета: для

    чугунного литья – в красный цвет, стального – в синий, медного – в желтый.

    Опоки после сборки скрепляются либо штырями, либо накидными болтами

    во избежание «всплывания» опоки в жидком металле.

    В некоторых случаях используют формовку по шаблону. Набивка крупных

    опок, а в последнее время и не очень крупных, производится формовочными

    машинами.

    Для прочности стержни и тело формы для крупных отливок скрепляют

    проволочными каркасами.

    Перед разливкой литейные формы подсушивают, особенно при отливке

    крупных деталей. Большинство же отливок производят «всырую», поскольку

    операция сушки удорожает производство.

    Сушка проводится при температурах 300-3500С, иначе при более высоких

    температурах будет наблюдаться искажение формы и появление трещин. Чем

    больше в литейной смеси глины, тем может быть выше температура сушки

    (при 20% глины температура сушки может быть повышена до 400-4500С). Если

    в качестве связки в литейной смеси используется масляная связка, то

    температура сушки должна быть 200-2500С, при сульфитно-спиртовой барде,

    декстрине и патоке – 150-1800С. Вышеприведенные температуры выбираются

    так, чтобы не происходило существенных химических изменений в материалах

    связки.

    3.2. Требования к литейным материалам

    Имеется три основных требования, которым должны удовлетворять

    литейные материалы: 1) жидкотекучесть; 2) величина усадки при

    затвердевании и охлаждении; 3) склонность к ликвидации, т.е. химической

    неоднородности, возникающей в процессе кристаллизации.

    Жидкотекучесть определяют по длине канала, который заполняется

    металлом при температуре разливки. Этот параметр не очень точно измеряется,

    так как зависит от скорости заполнения изложницы, состояния ее поверхности,

    теплопроводности материала, начальной температуры разливки. На

    жидкотекучесть влияет содержание фосфора, серы и углерода. Наиболее резко

    влияющим фактором является температура. Повышение температуры на 1000С

    увеличивает жидкотекучесть примерно в два раза.

    Усадка. Различают литейную и объемную усадку: Dl=[(l0 – lк)/l0]×100 и

    Dv=[(v0-vк)/v0]×100, причем Dvº3Dl.

    Литейная усадка серого чугуна 1%, стали 2%, меди – 1,5%. Наиболее

    интенсивным средством борьбы с усадочными раковинами является

    использование прибыльных надставок.

    Ликвация зависит от величины температурного интервала кристаллизации

    и условий перемешивания.

    Прочность литейных материалов.

    Механические свойства чугуна зависят от распределения графита и

    структуры металлической основы. Чем больше в чугуне графита, тем в большей

    степени он теряет свою прочность. Наиболее желательная структура – перлит,

    т.е. чугун с 0,8% С, когда углерод связан в цементит Fe3C.

    Получение нужной структуры определяется соотношением концентраций

    углерода и кремния, а также регулируется скоростью охлаждения. Для

    устойчивости перлита, этой более прочной структурной составляющей, чугун

    модифицируют. При этом, несмотря на более быструю кристаллизацию, чугун

    частично графитизируется, а металлическая основа в более широком интервале

    скоростей охлаждения и толщины отливок остается перлитной.

    При модифицировании чугуна магнием, либо церием, графит выделяется в

    шаровидной форме. Прочность чугуна с шаровидным графитом более высокая.

    Она составляет 500-600 МПа _鐇鐇鐇鐇при испытаниях на растяжение.

    Плавка чугуна.

    Плавка чугуна производится в вагранках и индукционных печах. Следует

    подчеркнуть, что при плавке в индукционных печах возможно свободно

    регулировать и температуру и состав. Рекомендуемая температура плавки

    чугуна, используемого для отливки мелких деталей, примерно 13500С, а для

    крупных деталей

    12600С.

    3.3. Литейные стали

    В машиностроении применяют три группы литейных сталей:

    конструкционные, инструментальные и стали со специальными свойствами.

    К литейным конструкционным сталям относятся низко- и

    среднеуглеродистые, а также легированные со структурой ферритно-

    перлитного и перлитного классов. Их используют для изготовления

    нагруженных деталей (при статических, динамических и вибрационных

    нагрузках). Инструментальные стали (высокоуглеродистые и легированные

    стали перлитного, мартенситного и карбидного классов) используют для

    режущего, штамповочного и мерительного инструмента.

    Стали со специальными свойствами (жаропрочные, износостойкие и др.)

    обычно имеют структуру ферритного и аустенитного классов. Из них

    выплавляют литые изделия, работающие в условиях высоких нагрузок при

    повышенных температурах.

    Выбивка и очистка деталей производится на пневматических решетках.

    Очистка производится дробеструйными аппаратами, наждаками и газовой

    резкой, закрытыми пескоструйными агрегатами.

    Вес остальных отливок может достигать 300 тонн.

    Качество литой стали почти такое же, как у кованой. Кованая сталь после

    грамотной термообработки обладает лучшими свойствами.

    Брак литья.

    Один из видов брака – заливы из-за излишнего зазора между опоками;

    коробление – из-за неравномерности толщины стенок отливок; корольки –

    капли холодного металла. Так, в чугуне возникают капли отбеливающиеся на

    стенках.

    Брак в виде спаев появляется при перерывах в ходе заливки и низких

    температурах. Недолив – неполное заполнение формы в результате наличия

    газов и низкой жидкотекучести. Газовые раковины – причина их недостаточная

    газопроницаемость, влажность. Усадочные раковины – возникают при

    неудачной конструкции питания отливки и заливке металла со слишком

    высокой скоростью. Шлаковые раковины появляются из-за неправильной

    конструкции литниковой системы. Брак по возможности устраняется наваркой,

    сваркой, металлизацией.

    Основными трудностями при получении стальных отливок является

    возникновение газовых раковин, при неправильном раскислении сталей, и

    наличие литейных напряжений. Для снятия литейных напряжений и улучшения

    структуры литых стальных изделий, стали подвергают рекристаллизации

    (методами диффузионного отжига) либо нормализации, если требуется

    повышение механических свойств. Стальные изделия отливают нормального,

    повышенного и особого качества, что определяется содержанием вредных

    примесей (т.е. серы и фосфора).

    3.4. Литье из сплавов цветных металлов

    Литейные медные сплавы применяют для отливок, которые должны

    обладать износостойкостью, коррозионной стойкостью в кислых и щелочных

    средах, стойкостью в обыкновенной и морской воде.

    Наиболее широко из медных литых сплавов используют бронзы и латуни.

    Бронзы подразделяют на две большие группы – оловянные и безоловянные

    (машиностроительные).

    Латуни используют в качестве арматурных материалов, различных деталей

    приборов в судостроении, деталей, работающих в тяжелых коррозионных

    условиях.

    Литейные износостойкие подшипниковые сплавы.

    Указанные сплавы применяют для заливки подшипников с целью

    уменьшения трения. Сплавы должны обладать сочетанием высокого

    сопротивления износу с низким коэффициентом трения между подшипником и

    валом.

    Подшипниковые сплавы (баббиты) содержат две фазы – мягкую, которая

    должна хорошо прирабатываться к валу, и твердую, способную выдерживать

    высокие давления.

    Баббиты состоят из мягкой составляющей (олова или свинца) и твердых

    добавок (сурьмы, кадмия, никеля, кальция и др.). Температуры плавления

    баббитов, в зависимости от состава, меняются от 350 до 4800С.

    Для сильно нагруженных подшипников применяют бронзу, латунь и

    другие сплавы.

    Литейные алюминиевые сплавы.

    В автомобильной, авиационной, пищевой и др. отраслях промышленности,

    для изготовления поршней, корпусов двигателей, деталей приборов и др.

    используют литейные алюминиевые сплавы.

    Высокими литейными свойствами обладают сплавы, в структуре которых

    преобладает эвтектика. Из числа таких сплавов наиболее широко используют

    сплавы алюминия с кремнием – силумины. Эти сплавы обладают высокими

    литейными свойствами, но относительно низкой прочностью. Литейные сплавы

    с медью обладают невысокими литейными свойствами, но их прочность можно

    повышать при термообработке.

    Сплавы алюминия с магнием имеют невысокие литейные свойства, но

    обладают сочетанием высоких механических и коррозионных свойств. Из них

    изготавливают детали, работающие во влажных атмосферах.

    Из числа антифрикционных литейных сплавов используют сплавы с

    сурьмой, железом и кремнием.

    Литейные магниевые сплавы.

    В промышленности используются литейные магниевые сплавы,

    легированные алюминием, цинком, марганцем. Их широко используют в

    приборостроении (они легко поглощают вибрацию) и авиационной

    промышленности (высокая ударная прочность). Из этих сплавов изготавливают

    корпуса приборов, детали двигателей и др.

    Литейные тугоплавкие сплавы.

    Машиностроительная, пищевая и др. отрасли промышленности

    используют литейные сплавы с высокой температурой плавления и

    повышенной прочностью при высоких температурах. К таким сплавам

    относятся сплавы на основе титана, молибдена, ниобия, ванадия и др.

    большинство из указанных элементов обладает высокой химической

    активностью к кислороду и др. газам. Это определяет выбор способов для

    выплавки и разливки (в вакууме и защитных атмосферах).

    Литье из сплавов цветных металлов.

    Металл обычно выплавляют в электропечах. Как и при выплавке сталей,

    важное значение имеют условия раскисления. Но, для сплавов на основе

    цветных металлов фосфор не является столь вредной примесью, как для сталей.

    Поэтому, например, сплавы на медной основе раскисляют фосфористой

    бронзой.

    Для лучшего заполнения литейных форм используются большие

    прибыльные части, либо производят разливку под давлением.

    При производстве литых изделий из цветных сплавов под давлением

    используются два вида режимов: наложение низких давлений – до 10 атм. и

    наложение высоких давлений, порядка тысяч атмосфер или, по крайней мере,

    сотен атмосфер. Важной особенностью является то, что давление повышает

    плотность отливок, за счет заполнения усадочных пустот.

    Чем выше температура плавления сплава, тем сложнее реализовать

    разливку под давлением. Как правило, отлитые детали невелики по размерам,

    но очень точны.

    3.5. Методы отливки металлических изделий

    Центробежное литье.

    Идея отливки изделий центробежным способом принадлежит нашему

    великому соотечественнику Д.К. Чернову. В настоящее время имеются

    горизонтальные и вертикальные машины центробежного литья.

    Машины для центробежного литья вертикальным способом дают отливки с

    неравномерной толщиной стенок по высоте. Машины, производящие отливки

    горизонтальным способом, осуществляют перемещение разливаемого металла

    по горизонтальному желобу и позволяют точно регулировать объем порции

    отливаемого металла.

    Литье по выплавляемым моделям.

    Метод основан на относительной простоте изготовления модели из

    легкоплавких материалов, например, воска, стеарина, парафина и др. Если

    такую точную модель изделия вместе с литниковой системой заполнить

    формовочным материалом, то при последующем нагреве воск или парафин

    расплавится, а формовочные материалы сохранят точные формы и размеры

    изделия. Для экономии средств указанным методом целесообразно отливать

    целый «куст» изделий. Выгодным является сочетание отливки по

    выплавляемым моделям с литьем под давлением.

    Получение отливок в оболочковых формах.

    При изготовлении формы все внимание уделяется подготовке поверхности,

    так как от ее качества зависит и качество отливки.

    При заливке металла в форму, основная часть формовочной земли не

    претерпевает изменений. Эти обстоятельства способствовали разработке нового

    метода литья – в оболочке формы. Формы изготавливаются из тонкого песка с

    добавками 60% бакелита. Газопроницаемость таких оболочек высокая,

    температурная устойчивость и другие свойства хорошие, но появляется

    дополнительная возможность охлаждать отливку с регулируемой скоростью.

    Регулирование скорости достигается за счет подбора материала, окружающего

    оболочковую форму.

    Обжиг оболочковых форм хотя и дорогая операция, но много более

    дешевая, чем обжиг всей формовочной массы, так как допускает более высокую

    скорость нагрева, а также занимает меньше места в печи.

    Литейная форма составляется из двух оболочек, скрепляемых зажимами.

    Во избежание прорыва металла оболочковые формы помещают в

    металлические ящики и засыпают различными материалами, например,

    чугунной дробью. Детали, изготавливаемые этим способом, более прочные, и

    способ более производителен, детали более точные.
    Вопросы для самоконтроля:

    1. Из каких материалов изготавливают литейные формы?

    2. Какую роль выполняют стержни в литейной форме?

    3. Какие технологические приемы используют для извлечения моделей из

    литейных форм?

    4. Какие требования предъявляют к формовочным материалам?

    5. Почему модели для литья из сталей, чугунов и цветных металлов

    окрашиваются в различные цвета?

    6. Какие требования предъявляют к литейным материалам?

    7. Какие виды брака характерны для литых изделий?

    8. Для каких сплавов используют литье под давлением?

    9. Какие виды центробежного литья Вам известны?

    10. Какие преимущества имеет метод литья в оболочковые формы?
    Тесты по теме 3:

    Тест 1. Как меняются свойства формовочных смесей при увеличении

    доли глины?

    1.1. увеличивается прочность;

    1.2. снижается газопроницаемость;

    1.3. проявляются обе тенденции.

    Тест 2. Чем отличаются составы стержневых и формовочных смесей?

    2.1. содержанием влаги;

    2.2. содержанием влаги и глины;

    2.3. не отличаются.

    Тест 3. Зачем в литейных формах делают выпоры?

    3.1. для ускорения заполнения форм;

    3.2. для облегчения отвода газов и паров;

    3.3. для реализации обоих указанных факторов.

    Тест 4. Как регулируется структура литых изделий?

    4.1. изменением толщины стенок отливок;

    4.2. изменением начальной температуры разливки и модифицированием

    металла;

    4.3. использованием указанных факторов и изменением условий

    охлаждения.

    Тест 5. Обязательно ли подсушивать формовочные материалы?

    5.1. подсушивают или сушат только оболочковые формы;

    5.2. подсушивают крупные формы, стержневые смеси и оболочковые

    формы;

    5.3. сушку используют при появлении опасности разрушения форм.
    1   2   3   4   5   6
    написать администратору сайта