Размещено на http://allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего образования

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(Национальный исследовательский университет)» (МАИ)

Кафедра «Технологии и системы автоматизированного проектирования металлургического производства»

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе

по теме: Разработка технологического процесса получения отливки «фланец» методом литья по выплавляемым моделям

по дисциплине «Специальные методы литья»

Исполнитель: студент Барбанакова И.А.

Руководитель: к.т.н., доцент Варфоломеев М.С.

Москва 2018



Оглавление

Глава 1. Ознакомление с чертежом детали, ее назначением и условиями эксплуатации в изделии, анализ технологичности детали, массы, толщины стенки, технологических условий на приемы группы сложности отливки, анализ свойств литейного сплава, состава, физических, химических, механических и литейных свойств

Глава 2. Технико-экономическое обоснование метода с учетом литейных свойств сплава

Глава 3. Технологический процесс получения отливки методом литья по выплавляемым моделям

3.1 Изготовление моделей

3.1.1 Выбор положения отливки в форме при заливке. Выбор типа литниково-питающей системы. Установление числа отливок в форме, порядок их расположения

3.1.2 Выбор состава модельной массы; ее свойства, характеристики

3.1.3 Выбор режимов приготовления модельного состава и изготовление моделей деталей и элементов литниковой системы. Выбор установки для изготовления моделей

3.1.4 Установление метода сборки модельных блоков и применяемых устройств

3.2 Пресс-форма для изготовления моделей деталей и элементов литниковой системы.

3.2.1 Пресс-форма. Выбор метода изготовления моделей - индивидуальные модели, звенья (одногнездная или многогнездная). Выбор конструктивного вида пресс-формы, материала пресс-формы. Степень механизации (механизированная или немеханизированная). Конструирование основных элементов пресс-формы, системы выталкивания моделей, приводов, системы охлаждения, направляющих, центрирующих и запорных устройств и т.д.

3.3 Изготовление керамических форм

3.3.1 Выбор и подготовка исходных материалов для изготовления керамических форм

3.3.1.1 Выбор зернистого огнеупорного материала для обсыпки блоков

3.3.1.2 Выбор состава керамической суспензии (пылевидный огнеупорный материал, связующее)

3.3.1.3 Условия приготовления суспензии (состав исходных компонентов для гидролиза этилсиликата, гидролиз этилсиликата, выбор установки для приготовления суспензии)

3.3.2 Нанесение керамического покрытия

3.3.2.1 Выбор способа нанесения суспензии на модельный блок

3.3.2.2 Обсыпка модельных блоков. Установление толщины стенок оболочки формы и числа образующих ее слоев

3.3.3 Выбор установки для сушки керамических форм. Назначение режимов сушки оболочки

3.3.4 Выбор способа выплавления моделей. Режимы выплавления модельного состава

3.3.5 Выбор метода формовки (с опорным наполнителем или без него). Установление числа оболочковых форм в опочной форме, размеров и материала опок. Выбор материала-наполнителя опочной формы

3.3.6 Условия и режимы прокаливания формы. Выбор оборудования для прокаливания форм

3.4 Заливка керамических форм

3.4.1 Выбор технологии приготовления литейного сплава, типа плавильной печи, технологии плавки

3.4.2 Установление условий заливки расплава в форму. Способ заливки, температура расплава, тип и емкость заливочного ковша

3.4.3 Выбор специальных технологических приемов, обеспечивающих высокое качество отливок - заливка в вакууме или в среде нейтральных газов, направленная кристаллизация, литье под низким давлением, центробежное литье

3.5 Охлаждение блоков и очистка их от керамики

3.6 Отделение отливок от стояка. Удаление остатков керамики в ванне циклического выщелачивания деталей, отливаемых по выплавляемым моделям

3.7 Выбор режимов термообработки отливок

3.8 Назначение методов контроля отливок. Анализ основных дефектов отливок, их причин и выбор методов их предупреждения и исправления

Список используемой литературы



Глава 1. Ознакомление с чертежом детали, ее назначением и условиями эксплуатации в изделии, анализ технологичности детали, массы, толщины стенки, технологических условий на приемы группы сложности отливки, анализ свойств литейного сплава, состава, физических, химических, механических и литейных свойств

Данная отливка представляет деталь «Фланец» - деталь механизма, имеющая осевое отверстие, и отверстия по краям для крепления к другим деталям. Масса детали составляет 165 г.

Рис.1. 3D модель фланца

Также по заданию дан сплав, а именно сталь 10Х18Н9БЛ (химический состав представлен в таблице 1). Плотность сплава : 7800 кг/м³

Данный сплав является литейным коррозионностойким легированным сплавом, производимым по ОСТ 1?90090?79. Сталь 10Х18Н9БЛ применяется для: производства фасонных отливок ответственного назначения в авиационной промышленности с особыми свойствами, работающих в агрессивных средах, а также для изготовления литых заготовок и сортового проката из них; фасонных отливок для авиационной промышленности.

Таблица 1

Химический состав стали 10Х18Н9БЛ

Fe	C	Si	Mn	Ni	S	P	Cr	Nb
основа	<0.1	<1	<2	8-12	<0.025	<0.025	17-20	0.8-0.9

Для данного сплава также применяется термическая обработка в виде закалки при 1100-1150 ^оС.

Механические свойства данного материала представлены в таблице 2.

Таблица 2

Механические свойства

, МПа	,%
450	25	35

В отливке нет тонкостенных элементов, что существенно облегчает технологию литья.



Глава 2. Технико-экономическое обоснование метода с учетом литейных свойств сплава

Деталь отливается из легированной стали. Заливка данного сплава выполняется в вакууме, что исключает возможность использования таких методов литья как литье в кокиль, или в землю. Поэтому с учетом геометрии, а также свойств сплава заливка производится посредством метода литья по выплавляемым моделям.

Основной целью производства является изготовление продукции с наименьшими затратами, но при этом должно быть сохранено максимальное качество продукта.

В большинстве методов литья основными затратами является механическая обработка детали или затраты на сложную оснастку.

В машиностроение и приборостроение значительное распространение получил метод литья по выплавляемым моделям благодаря ряду преимуществ по сравнению с другими способами изготовления деталей или их заготовок. технологичность литейный сплав температура

Промышленное применение этого метода обеспечивает получение из любых литейных сплавов сложных по конфигурации, имеющих малый вес, со толщинами стенок от 0,5 до 1,0 мм и боле, с высокой частотой поверхности, соответствующие 4-6-му классу чистоты (ГОСТ 2789-59) и максимальной точностью размеров отливок.

Указанные возможности метода позволяют максимально приблизить заготовку к готовой детали, а в ряде случаев получить литую деталь, не требующую какой-либо дополнительной обработки перед сборкой.

В следствие этого резко снижается трудоемкость и стоимость изготовления изделий, уменьшается расход металла и инструмента, сокращается потребность в рабочих с высокой квалификацией, в дорогом спецоборудовании, не требуется большие производственные площади, создается возможность значительно усовершенствовать конструкцию изделия и повысить их эксплуатационные качество путем объединения отдельных деталей в узлы, уменьшение их габаритных размеров и веса.

Прообразом литья по выплавляемым моделям лежит способ восковой формовки, используемый для художественного литья, изготовления деталей оружия, литья скульптур.

В настоящее время этот метод широко используется в авиа- и машиностроении.



Глава 3. Технологический процесс получения отливки методом литья по выплавляемым моделям

Особенностью технологического процесса литья по выплавляемым моделям является неразъемная форма. Модель, необходимая для получения формы, одноразовая и обычно ее удаляют из оболочки выплавлением. Формовочные смеси имеют сметанообразную консистенцию и представляют собой суспензию - смесь жидкой и твердой фаз.

Керамические стержни вставляют в пресс-форму, чаще всего перед запрессовкой модельного состава.

Металл заливают в раскаленные формы.

В соответствии с чертежами детали, с учетом усадки модельного состава выплавляемого сплава, а также припусков на мех. обработку проектируют и изготавливают пресс-форму.

В нее шприцом запрессовывают в пастообразном состоянии модельный состав, после охлаждения и затвердевания в пресс-форме модельного состава из нее извлекают парафина-стеариновую модель будущей отливки, комплекс таких моделей припаивают к стояку, покрывают суспензией, обсыпают песком и сушат, и так несколько раз, до образования 3-5 слоев.

Модели отливок со стояком помещают в горячую водяную ванну, где они выплавляются из сформировавшейся вокруг них трех- или пятислойную оболочковой формы.

Оболочки форм высушивают и с целью удаления парафина-стеариновых остатков, далее прокаливают при температуре 900-1000 в электрических печах.

Прокаленные оболочковые формы в горячем состоянии заформовывают в опоки (нагретый сухой песок) и заливают расплавом металла.

Остывшие отливки извлекаются из опоки, с их поверхности удаляют песок, отделяют от стояка, выщелачивают из них остатки керамики, контролируют и отправляют на склад

3.1 Изготовление моделей

Модели для ЛВМ изготавливаются путем запрессовки пастообразного модельного состава в металлические пресс-формы (в массовом и серийном производствах), некоторые модели или части ЛПС могут изготавливаться путем свободной заливки жидкого (расплавленного) модельного состава в металлические формы.

Следующим шагом модели спаиваются в блоки, путем припайки их на стояк или коллектор, в зависимости от типа ЛПС. Для припайки могут использовать паяльники, плитки или шпатели (нагреваемые).

3.1.1 Выбор положения отливки в форме при заливке. Выбор типа литниково-питающей системы. Установление числа отливок в форме, порядок их расположения

Приняв во внимание конфигурацию отливки и массовых характеристик была выбрана литниково-питающая система I типа. При использовании этого типа ЛПС создаются благоприятные условия для направленного затвердевания отливок и получения плотных литых изделий. [6]

На блоке будут располагаться 3 отливки под углом 120? друг к другу, такое расположение ограничит массу блока отливок, что существенно облегчит труд рабочего и обеспечит довольно легкое отделение отливок от блока. На блоке будет 4 яруса. Расстояние между ярусами - 20 мм, что является благоприятным для нанесения слоёв.



3.1.2 Выбор состава модельной массы; ее свойства, характеристики

Выбираем модельную массу ПС 50-50. Состав данного модельного состава представлен в таблице 4.

Таблица 4

Свойства модельного состава ПС50-50

Марка	Температура каплепадения, oС	Температура начала размягчения, oС	Линейная усадка, %	Прочность при изгибе, МПа	Зольность, %
ПС 50-50	43	30	0,8-1,0	1,8-2,0	0,003-0,10

ПС50-50 относится к 1 группе - воскообразные составы. Эти составы наиболее универсальны и широко распространены в производстве как в нашей стране, так и за рубежом. Их главные компоненты парафин и стеарин. [2]

Данный модельный состав весьма универсален и широко используемый. Его можно использовать для создания отливок с большим количеством тонкостенных элементов, жаропрочных сплавов и т.д.

Парафин - смесь углеводородов предельного ряда продукт возгонки нефти, бурого угля и горючих сланцев. Предоставляет собой белую массу с кристаллической структурой.

Парафин придает моделям пластичность и устойчивость к образованию трещин. Он наиболее дешевый и недефицитный компонент модельного состава.

К недостаткам парафина относятся: невысокая прочность, превышающих 28 ^oС, вспениваемость в расплавленном состоянии. Парафин хорошо сплавляется со стеарином при температуре 70-80 ^oС и буроугольным воском - при 100-110 ^oС.

Стеарин - смесь жирных кислот, продукт переработки растительных и животных жиров. Представляет собой аморфную беловато-желтую массу.

Стеарин повышает теплостойкость и прочность моделей. Это дефицитный и дорогой материал (в 8 раз дороже парафина). Недостатками стеарина являются взаимодействие с этилсиликатном и омыление в воде.

Область применения воскообразных составов от массового выпуска мелких стальных отливок до серийного производства сложных по конфигурации тонкостенных отливок из специальных сплавов. Рассматриваемая отливка имеет простую геометрию, которую данный модельный состав сможет повторить, при этом он дешев и прост в обработке, поэтому выбор остановился на нём.

3.1.3 Выбор режимов приготовления модельного состава и изготовление моделей деталей и элементов литниковой системы. Выбор установки для изготовления моделей

Модельные составы группы 1 материалов приготовляют в водяных, глицериновых или масляных банях с электрическим или газовым подогревом.

Исходные материалы перед загрузкой измельчают до кусков размером не более 50 мм, что ускоряет процесс расплавления.

При изготовлении составов из хорошо смешивающихся материалов компоненты загружают и расплавляют в порядке возрастания температур их плавления.

Для приготовления пастообразного модельного состава применяют установки с лопастными смесителями. [2]

Бачки-смесители, а также верхний и нижний цилиндры, служащие для подачи готового модельного состава под давлением к запрессовочному устройству, помещены в резервуар, заполненный теплопередающей жидкостью (водой, маслом, глицерином и др.), которую нагревают с помощью электронагревательных элементов.

Температура теплопередающей жидкости автоматически поддерживается на уровне, соответствующем пастообразному состоянию модельного состава.

Рис. 4. Установка с лопастными смесителями

Бачки-смесители работают поочередно. В то время как в одном из них приготовляется паста, из другого готовый состав подается к запрессовочному устройству. Оси смесителей с закрепленными на них лопастями приводятся во вращение от электродвигателя через редуктор.

Электродвигатель с редуктором и переходной втулкой смонтированы на поворотном кронштейне, жестко соединенном с вертикальной осью. Поворачивая кронштейн, можно присоединять электропривод с помощью втулки поочередно к осям левого и правого смесителей.

Модельный состав при перемешивании приобретает пастообразное состояние. Затем электропривод отключают и присоединяют к оси второго смесителя, а бачок с готовым составом закрывают крышкой. Далее поворотом рукоятки, связанной с перепускными клапанами через трубки, происходит соединение полости бачка, содержащего готовый пастообразный состав, с полостью нижнего цилиндра, служащего для нагнетания модельного состава к месту запрессовки его в пресс-формы. Поршень нижнего цилиндра и поршень верхнего (пневматического) цилиндра закреплены на общем штоке.

При подаче сжатого воздуха через штуцер в верхний цилиндр шток с поршнями поднимается вверх. При этом модельный состав засасывается в нижний цилиндр. Затем перекрывают клапан и подают сжатый воздух в верхнюю часть цилиндра. При этом поршни опускаются и модельный состав под давлением подается к запрессовочному устройству.

Рис. 5. Шприц конструкции РПЗ

Процесс изготовления моделей: подготовка пресс-формы, заполнение пресс-формы модельным составом, выдержка для затвердевания и охлаждения модели, разборка пресс-формы и извлечение модели, выдержка модели до окончания усадки.

При подготовке пресс-формы к работе её очищают, смазывают (специальным маслом, вазелином и т.д.), подогревают до 22-28 ?С для ПС50-50 (иногда несколькими запрессовками модельного состава).

Запрессовку можно производить с помощью запрессовочного шприца конструкции РПЗ. [2]

Температура модельного состава должна составлять приблизительно 42 °С. Давление при запрессовке 2-3 атмосферы, выдержка 4-5 сек.

Процесс изготовления стояка: подготовка формы, заливка в форму модельного состава при температуре 60-70 ?С, выдержка для затвердевания и охлаждения, извлечение модели стояка, выдержка до окончания усадки.

3.1.4 Установление метода сборки модельных блоков и применяемых устройств

Сборка моделей осуществляется вручную при помощи электропаяльника (рис. 6). Посадочную часть на стояке и модели оплавляют, после чего прижимают части друг к другу.

Места припайки необходимо зачистить от облоя.

Рис.6. Электропаяльник



3.2 Пресс-форма для изготовления моделей деталей и элементов литниковой системы.

Данная отливка имеет простую конфигурацию, однако необходимо использовать стержень в центральном отверстии, который будет изготовлен из стали.

3.2.1 Пресс-форма. Выбор метода изготовления моделей - индивидуальные модели, звенья (одногнездная или многогнездная). Выбор конструктивного вида пресс-формы, материала пресс-формы. Степень механизации (механизированная или немеханизированная). Конструирование основных элементов пресс-формы, системы выталкивания моделей, приводов, системы охлаждения, направляющих, центрирующих и запорных устройств и т.д.

Выбор типа пресс-формы определяется, в основном, характером производства (опытное, серийное, массовое), а также требованиями, предъявляемыми к отливкам по точности размеров и чистоте поверхности.

При крупносерийном, а особенно при массовом производстве следует применять стальные (реже алюминиевые) пресс-формы, изготовленные механической обработкой. В данном фланце имеется центральное отверстие, его необходимо будет оформить стержнем, который будет стальным.

Пресс-форма конструируется с учетом усадки модельного состава.

В данном случае удобно будет применять литую индивидуальную пресс-форму из двух зеркально одинаковых полуформ с механизированным вертикальным раскрытием. Верхнюю и нижнюю часть полуформ рекомендуется отливать из расных сплавов, с различной температурой плавления. Наиболее оптимальным является сплав, содержащий 80% Pb, 6% Sn, 14% Sb с температурой плавления 250 С, с твердостью HB 15,4 и усадкой 0,5%.

Для другой части пресс-формы применяется сплав с 30,6% Pb, 51,2% Sn и 18,2% Cd с температурой плавления 142 С, с твердостью HB 9,6 и усадкой 0,35%. [5]

Замыкание пресс-формы производится с помощью поворотных болтов и барашковых гаек.

Размыкание полуформ осуществляется вручную.

3.3 Изготовление керамических форм

Наиболее существенными особенностями изготовления форм и формирования свойств отливок при литье по выплавляемым моделям является то, что основой способа является неразъемная горячая и негазотворная оболочка с гладкой рабочей поверхностью. В любой разовой форме только небольшой слой, непосредственно прилегающий к отливке, выполняет функции собственно формы. Этот слой, называемый облицовочным, вступает в тепловое, физико-химическое и силовое взаимодействие с формирующейся отливкой. Результат этих взаимодействий определяет свойства отливок и влияет на образование в них дефектов.

3.3.1 Выбор и подготовка исходных материалов для изготовления керамических форм

3.3.1.1 Выбор зернистого огнеупорного материала для обсыпки блоков

Муллит - минерал из класса силикатов, химический состав непостоянен: от Al₆Si₂O₁₃ до Al₄SiO₈ (то есть от 3Al₂O₃·2SiO₂ до 2Al₂O₃·SiO₂).[2] Марка муллита ПМПЛ-3. Плавится при температуре около 1810--1830 °C.



Таблица 5

Свойства муллита

Термический коэффициент линейного расширения, 10-6*1/град. С	Теплопроводность, Вт/(м*град. С)	Удельная теплоемкость, Дж/(кг*град. С)	Плотность, Кг/м3
5,3	5,39	1109	3160

3.3.1.2 Выбор состава керамической суспензии (пылевидный огнеупорный материал, связующее)

Пылевидный материал: Муллит марки ПМПЛ-3, фракция 07

В качестве связующего используем гидролизованный ЭТС-40[2], который выдерживает до 1700 ?С.

Этилсиликат-40 выпускают по ГОСТу 26371-84.

Таблица 6

Свойства связующего ЭТС-40

Наименование показателей	ГОСТ 26371-84
Внешний вид	Прозрачная жидкость без осадка. Допускается опалесценция.
Массовая доля двуокиси кремния, %	40-42
Массовая доля хлористого водорода, %, не более	0,05
Массовая доля этилового спирта, %, не более	1,5
Массовая доля тетраэтоксисилана, %	10-15
Время гелеобразования, мин	180-280
Плотность при 20°С, г/см3	1,05-1,07
Вязкость кинематическая при плюс 20°С	4*10-6-7*10-6м2/сек 4-6 сСт
Температура замерзания	Минус 60°С



3.3.1.3 Условия приготовления суспензии (состав исходных компонентов для гидролиза этилсиликата, гидролиз этилсиликата, выбор установки для приготовления суспензии)

Процесс приготовления суспензии заключается в перемешивании связующего раствора с пылевидной составляющей с тем, чтобы обеспечить смачивание жидкостью каждой пылевидной частицы. Тип раствора ЭТС-коллоидные растворы кремниевой кислоты, количество воды для гидролиза на одну этоксильную группу более 1 моля, растворитель - спирт, стойкость до огеливания около 5 суток, вязкость быстро повышается.

Для приготовления ЭТС-40 необходимо смешать расчетное количество с соляной кислотой и 10% спирта. Залить отмеренное количество ЭТС-40 и Ѕ части этилового спирта в гидролизатор с механической мешалкой и перемешивать в течении приблизительно 3 минут. Затем влить в гидролизатор Ѕ подкисленной воды. Перемешивать 10 минут, после чего влить в гидролизатор оставшуюся часть ЭТС. Смесь перемешивать в течении 5 минут. Потом влить в гидролизатор оставшуюся часть спирта и оставшуюся Ѕ часть подкисленной воды. Полученный состав охладить (без принудительного охлаждения) до 23-25 °С.

После этого необходимо смешать связующее с наполнителем (пылевидный муллит), для чего следует применять смесители периодического действия.

3.3.2 Нанесение керамического покрытия

3.3.2.1 Выбор способа нанесения суспензии на модельный блок

Нанесение слоя оболочковой формы заключается в погружении модельных блоков в суспензию, присыпании слоя суспензии огнеупорным материалом соответствующей зернистости и сушке каждого слоя.

При извлечении смоченного блока из суспензии его поворачивают в различные направления с такой скоростью, чтобы успел стечь излишек суспензии, и она равномерным слоем покрывала поверхность моделей. После многократного нанесения суспензии, ее обсыпки и сушки получают оболочку заданной толщины. Выбор числа слоев зависит от требуемой прочности оболочки, определяемой принятым технологическим процессом, и от размеров отливок. Обычно число слоев в оболочке бывает от 3 до 10.

3.3.2.2 Обсыпка модельных блоков. Установление толщины стенок оболочки формы и числа образующих ее слоев

Обычно число слоев в оболочке бывает от 3 до 10.

Обсыпка модельных блоков должна осуществляться в барабанном пескосыпе, это обеспечит равномерное внедрение зерен муллита в слой суспензии. [1]

Рис. 9. Барабанный пескосып

На отливку следует нанести 5 слоев, причем последний слой не подвергать обсыпке, чтобы предотвратить засорения песком оборудования для выплавления форм.



3.3.3 Выбор установки для сушки керамических форм. Назначение режимов сушки оболочки

После нанесения каждого слоя и обсыпки его выполняется сушка оболочковых форм в парах аммиака. Продолжительность сушки и обсыпки каждого слоя суспензии 10 минут, после чего происходить сушка на воздухе 40-50 минут.

Сушка происходит в специальной вакуумной камере (рис. 10).

Рис. 10. Вакуумная сушильная камера JBFWG-15

3.3.4 Выбор способа выплавления моделей. Режимы выплавления модельного состава

Выплавление в расплавленном модельном составе того же состава, что и модели, нагретом до температуры в 2 раза выше, чем температура его плавления. Соответственно выплавление в данном случае происходит при 90 ?С). Выплавление происходит в течение 10--15 мин. Быстро образующаяся прослойка расплавленного модельного состава между стенкой оболочки и моделями предохраняет форму от разрушения.

При этом способе оболочка после остывания становится прочней, так как она пропитываются модельным составом.



3.3.5 Выбор метода формовки (с опорным наполнителем или без него). Установление числа оболочковых форм в опочной форме, размеров и материала опок. Выбор материала-наполнителя опочной формы

Керамические формы на тележках для прокаливания устанавливают в специальных рамах из стальной арматуры или на литниковые чаши.

Для удержания форм во время заливки разумно применять стальную раму или стальные опоки с сыпучим наполнителем.

Количество блоков в опочной форме - 4.

3.3.6 Условия и режимы прокаливания формы. Выбор оборудования для прокаливания форм

В крупных литейных цехах применяют проходные тележечные печи. Эти печи должны обеспечивать возможность прокаливания керамических форм при 900-1000° С.

Поскольку цикл нагрева керамических форм непрерывный, проходные прокалочные печи наиболее пригодны для такой операции.

В этих печах можно создать отдельные самостоятельно обогреваемые зоны для программированного постепенного повышения температуры.

Конструктивно печи представляют собой теплоизолированные туннели, по которым проходят тележки с керамическими формами. Печи обогреваются электричеством, газом или нефтью.

Горелки или нагревательные спирали расположены обычно в стенах туннеля.

Длина печи определяется мощностью плавильных агрегатов. Применим проходную печь ПГ-30 (рис.11).



Рис. 11. Проходная печь ПГ-30

3.4 Заливка керамических форм

3.4.1 Выбор технологии приготовления литейного сплава, типа плавильной печи, технологии плавки

Приготовление расплава следует производить вакуумно-индукционным переплавом. [1]

Основные преимущества ВИП: - отсутствие электродов; - возможность глубокой дегазации металла; - низкое содержание оксидных и нитридных неметаллических включений; - рафинирование металла от вредных примесей цветных металлов за счет дистилляции; - высокая однородность за счет хорошей циркуляции металла; - получение металла в узких пределах по химическому составу; - при большой вместимости - малый угар легирующих элементов; - возможность интенсификации процесса: продувка газами, ЭМП, обработка шлаками; - высокая производительность и др.

Основные недостатки ВИП: 1) Взаимодействие металла с огнеупорной футеровкой. Оксиды из которых изготавливают тигли, могут реагировать с углеродом или другими компонентами расплава. Взаимодействие металла с футеровкой отсутствует при так называемой «плавке в холодном тигле», когда тигель изготовлен из электрически изолированных водоохлаждаемых медных трубок.

2) Получение слитков с дефектами, характерными для обычного слитка, и зерном более крупным, чем в обычном слитке из-за большей чистоты металла по неметаллическим включениям - которые служат центром кристаллизации. Это приводит к ухудшению деформируемости ряда сплавов и требует последующего переплава металла с целью улучшения его структуры.

3) Низкая стойкость тиглей.

4) Металлоактивные шлаки.

Конструктивно-технологические особенности

Рис. 12. Принципиальная схема вакуумных индукционных печей

а - индуктор расположен вне вакуумной камеры; б-г - индуктор расположен внутри вакуумной камеры; в - разливка путем наклона вакуумной камеры; в, г - разливка путем наклона тигля; г - ВИП полунепрерывного действия; 1 - тигель; 2 - индуктор; 3 - кожух; 4 - изложница; 5 - камера загрузки; 6 - дозатор

Для малых печей слив металла может проводиться путем наклона камеры, для больших печей - только тигля внутри камеры. Печи, работающие в течение всей компании без разгерметизации камеры, называются печами полунепрерывного действия. Они оборудованы шлюзовыми камерами для загрузки шихты, разливки, подачи изложниц или литейных форм, дозаторами для присадок, устройствами для отбора проб и измерения температуры жидкого металла по ходу плавки и другим технологическим оборудованием.

3.4.2 Установление условий заливки расплава в форму. Способ заливки, температура расплава, тип и емкость заливочного ковша

Заливку следует производить внутри вакуумной печи поворотом тигля, температура заливки 1540 ?С, температура формы 900-1000 ?С.

Тигель должен иметь футеровку из высокоглиноземистого шамота, емкость тигля 100 кг.

3.4.3 Выбор специальных технологических приемов, обеспечивающих высокое качество отливок - заливка в вакууме или в среде нейтральных газов, направленная кристаллизация, литье под низким давлением, центробежное литье

Гравитационная заливка в вакууме, для предотвращения окисления расплава.

3.5 Охлаждение блоков и очистка их от керамики

Охлаждение залитых блоков термостатированием, для предотвращения появления усадочных дефектов в теле отливки.

Выбивка отливок производится на вибростолах (рис. 13), это позволяет избежать повреждений на отливке при выбивке ее из формы.



Рис. 13. Вибростол

3.6 Отделение отливок от стояка. Удаление остатков керамики в ванне циклического выщелачивания деталей, отливаемых по выплавляемым моделям

Отделение отливок производится алмазным диском.

Удаление остатков керамики производится в ванне циклического выщелачивания. Химическая обработка отливок в растворе едкого калия производится в установке циклического выщелачивания, которая состоит из: стальной теплоизолированной рабочей ванны для обработки отливок в растворе щелочи с электрообогревом до температуры 250°С; промывной ванны с кипящей водой; электротельфера; корзины для загрузки деталей.

Для выщелачивания необходимо - отливки, отрезанные от литниковой системы, загрузить в корзины не выше уровня бортов корзины, затем электротельфером загрузить корзину в рабочую ванну.

Температура раствора при выщелачивании от 120 до 200°С (концентрация раствора должна быть от 45 до 65 %). Выдержка отливок в рабочей ванне порядка 30 мин, столько же в промывочной.



3.7 Выбор режимов термообработки отливок

Термообработка отливок по данному сплаву 10Х18Н9БЛ производится по режиму Т6 : закалка с 1110-1150 °С и охлаждение в воде. При этом существенно повышается временное сопротивление разрыву и предел текучести отливки, а также твердость по Бринелю.

3.8 Назначение методов контроля отливок. Анализ основных дефектов отливок, их причин и выбор методов их предупреждения и исправления

Контроль отливок включает визуальный контроль поверхности, контроль размеров, контроль внутреннего качества (разрушающими или неразрушающими методами), контроль свойств отливок (разрушающими или неразрушающими методами).

Визуальный контроль предусматривает также контроль шероховатости поверхности отливок при помощи сравнения с литыми эталонами, шероховатость поверхности которых замерена профилометром или поверхностным анализатором. Обычными способами литья по выплавляемым моделям можно достичь шероховатости поверхности 3,2--12,5Ra. Шероховатость поверхности, заданная условиями приемки, обозначается на чертеже.

Поверхностные дефекты обычно просматриваются через лупу.

Размеры контролируют по чертежам. Размеры точных отливок контролируют так же, как и размеры отливок, полученных в песчано-глинистых формах. При этом используют измерительные средства-- калибры, шаблоны, циркули, кронциркули или специальные контрольные приспособления.

Контроль внутреннего качества отливок предусматривает обнаружение внутренних усадочных раковин, рыхлот, газовых раковин и т. п. Внутреннее качество отливок определяет рентгенодефектоскопия.

В условиях приемки должно быть указано, например, как производить рентгеновское просвечивание отливки (или ее части), или сколько отливок из одной партии должно быть подвергнуто рентгеновским исследованиям.

Контролируют предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и сужение, твердость; иногда также определяют ударную вязкость. У всех литых металлических материалов механические свойства изменяются с увеличением расстояния от поверхности.

Было экспериментально проверено влияние толщины стенки отливки на механические свойства отливок. Установлено, что эти свойства зависят от условий охлаждения при затвердевании металла, а, следовательно, и от толщины стенки. Это относится также и к сужению, и к ударной вязкости.

Механические свойства, определенные при испытаниях литых образцов, не всегда отражают свойства металла точных отливок. Это зависит от температурных условий охлаждения образцов, от их плотности и т. д.

Поскольку отливки термически обрабатываются, контролируют глубину обезуглероженного слоя при помощи микроскопа. Область полного обезуглероживания имеет чисто ферритную структуру, ее замеряют от поверхности отливки до места, где начинается перлит или другая структура. Глубину обезуглероживания измеряют в миллиметрах; максимально она должна быть 0,3 мм. Если не требуется высокой твердости на рабочих поверхностях отливки, то обезуглероженный слой не удаляют механической обработкой.

Химический состав контролируют спектральными методами анализа. Отливки из плавок, химический состав которых не соответствует составу по условиям приемки, не передают на дальнейшую обработку.

Дефекты поверхности: повышенная шероховатость отливок появляется

вследствие недостаточной подготовки поверхности пресс-формы, плохого качества поверхности моделей, плохого смачивания поверхности моделей суспензией пробивания первого слоя суспензии при обсыпке.

Заливы, наплывы на поверхности отливки образуются из-за проникания расплава в трещины оболочковой формы. Которые образуются вследствие её недостаточной прочности. Низкая прочность оболочковой формы вызывается использованием некачественных исходных материалов, плохим качеством связующего, нарушением режимов нанесения суспензии на модель и режимов сушки и прокаливания. Обезуглероженный слой на отливках можно уменьшить, проведя термическую обработку отливок в среде, обеспечивающей насыщение их поверхности углеродом.

Внутренние дефекты: засоры образуются из-за попадания песчинок в форму при формовке в сыпучий наполнитель.

Усадочные раковины и пористость возникают из-за недостаточного питания отливки при затвердевании, при чрезмерно высокой температуры расплава и формы, из-за нарушения химического состава расплава.

Газовые раковины образуются как следствие недостаточной газопроницаемости оболочковой формы.

Отклонение размеров и конфигурации: возникают из-за нестабильности усадки модельного состава и деформации оболочковой формы при прокаливании.



Список используемой литературы

1. Литье по выплавляемым моделям. Под редакцией Я.И. Шкленника и В.А. Озерова. Издание 2-е, переработанное и дополненное. 436с. 1971.

2. Литье по выплавляемым моделям. Под редакцией В.А. Озерова. Издание 4-е, переработанное и дополненное. 448с. 1994.

3. Технология литейного производства: Специальные виды литья: Учебник для студ. высш. учеб. Заведений / Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин; Под ред. В.А. Рыбкина. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. -352 с.

4. Василевский П.Ф. Технология стального литья. Инженерная монография. М., «Машиностроение», 1974г.

5. Пресс-формы для литья по выплавляемым моделям. ГОСТ с 19947-74 до 19999-74. М., «Стандартгиз», 1974 г.

6. 10.Системы литниково-питающие для литья по выплавляемым моделям. ГОСТ с 19551-74 до 19568-74, М., «Стандартгиз», 1974 г.

Размещено на Allbest.ru