Литейное производство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литейное производство

Литейная технология - это процесс получения литых заготовок путем заливки расплавленного металла в формы, полость которых повторяет конфигурацию отливки. При охлаждении металл отвердевает и принимает конфигурацию полости формы.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких грамм до 300т, длиной от нескольких сантиметров до 20м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.). Отливки получают из черных сплавов (чугуны, стали) и цветных сплавов(алюминиевых, магниевых, медных, цинковых, титановых и др.).

Для получения расплава применяют шихтовые материалы:

- небольшие слитки металлургического производства (чушки)

- отходы собственного производства

- лом

- флюсы

Различные сплавы имеют разные литейные свойства, которые характеризуются следующими параметрами:

1) Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять её полости и чётко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т. д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектоидные сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твёрдые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме; с повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем металлическую форму. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы

2) Усадка - Свойство литейных сплавов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают объёмную и линейную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка - уменьшение линейных размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где lф и lотл - размеры полости формы и отливки при температуре 20°C.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшаем повышение содержания кремния. Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.

Объёмная усадка - уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объёмную усадку определяют соотношением, %:

где Vф и Vотл - объем полости формы и отливки при температуре 20°C. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

Усадка в отливках проявляется в виде:

• усадочных раковин - сравнительно крупных полостей, расположенных в местах отливки, которые затвердевают последними; (На рис.2 показан процесс образования усадочной раковины в отливке.)

• усадочной пористости - скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердели последними без доступа к ним расплавленного металла;

• трещин;

• короблений - изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении.

Более подробную информацию о технологических свойствах отливок можно посмотреть на страничке кафедры МТ13.

Существует несколько способов изготовления отливок. Перечислим основные из них : литье в песчаные формы (ПФ), литье в кокиль(К), литье по выплавляемым моделям(ВМ), литье под давлением(Д).

Литье в песчаные формы

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы.

2. Материалы и оснастка.

1)Песчаная форма(ПФ) - разовая литейная форма, изготовленная из уплотненной формовочной смеси. ПФ состоит из двух полуформ. Для образования отверстий применяются песчаные стержни.

2)Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

3) Модельный комплект: модель детали, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

4) Опоки.

3. Основные технологические операции

1) Изготовление полуформ по модельным плитам (наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

2) Изготовление стержней.

3) Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

4) Заливка форм расплавленным металлом.

5) Затвердевание и охлаждение отливок.

6) выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

7) отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

8) контроль качества отливок.

Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

1) Недоливы и спаи. Образуются от неслившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

2) Усадочные раковины - закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхтностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

3) Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин.

Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

4) Пригар - трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

5) Песчаные раковины - полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

6) Газовые раковины - полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

7) Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

4. Область применения

Применяют во всех областях машиностроения. Получают отливки любой конфигурации 1…6 групп сложности. Точность размеров соответствует 6…14 группам. Параметр шероховатости Rz=630…80мкм.

Можно изготавливать отливки массой до 250т. с толщиной стенки свыше 3мм.

5. Преимущества

- конфигурация 1…6 групп сложности

- возможность механизировать производство

- дешевизна изготовления отливок

- возможность изготовления отливок большой массы

- отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

6. Недостатки

- плохие санитарные условия

- большая шероховатость поверхности

- толщина стенок > 3мм

- вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Литье по выплавляемым моделям

литейный расплав металл шихтовый

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения заполняемости.

2. Материалы и оснастка.

1) Модельная форма состоит из модельного состава (парафин, стеарин, церезин, канифоль и т.д.).

2) Формовочная смесь: 2 ч. пылевого кварца, 1ч. связующего материала.

3) Пресс-форма для изготовления моделей.

4) Литейная форма.

5) Вибрационная установка.

3. Основные технологические операции изготовления форм и отливок.

1) Приготовление модельного состава.

2) Изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы или секции моделей.

3) Сборка моделей или секций моделей в блоки.

4) Изготовление литейной формы.

5) Подготовка литейных форм к заливке и заливка металла в горячую форму.

6) Затвердевание и охлаждение отливки в форме.

7) Снятие формы с отливки.

4. Область применения.

Этим способом можно отливать изделия из различных сплавов любой конфигурации 1…5 групп сложности массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм.

Применяется в различных областях машиностроения.

5. Преимущества.

- Можно получать отливки из тугоплавких изделий.

- Получают конфигурации отливок 1…5 групп сложности.

- Высокая точность геометрических размеров и малая шероховатость поверхности.

6. Недостатки.

- длительность процесса

- дороговизна

Литье в кокиль

1.Сущность процесса заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы - кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десяток до нескольких тысяч отливок.

2. Материалы и оснастка.

1) форма отливки - кокиль

2) расплавленный металл

3) теплоизоляционное покрытие

3. Последовательность изготовления отливок

1) Подготовка кокиля к работе: очистка от остатков теплоизоляционного покрытия, нагрев до температуры 150-200° и нанесение свежего слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,1…0,5мм, а на литниковые каналы и прибыли до 1мм.

2) Сборка кокиля: установка стержней, соединение частей кокиля.

3) Заливка расплавленного металла в кокиль.

4) Затвердевание и охлаждение отливки.

5) Удаление из отливки металлических стержней (если они есть) после образования в ней достаточно прочной корки.

6) Извлечение отливки из кокиля после ее охлаждения до температуры 0,6…0,8 от температуры солидуса.

7) Охлаждение или подогрев кокиля до оптимальной температуры 200-300°С и подкраска (при необходимости) рабочей поверхности кокиля.

4. Область применения.

Применяют в автомобиле и танкостроении.

Литьем в кокиль изготавливают отливки из чугуна, стали и цв. сплавов. Трудно получить сложные стальные отливки ввиду значительной усадки литейных сталей, что ведет к образованию трещин (в отсутствии податливости формы). Целесообразно применять в серийном, крупносерийном и массовом производствах. Этим способом изготавливают отливки из стали массой до 160кг., из цв. сплавов - до 50кг. с толщиной стенок от 3 до 100мм. Точность размеров соответствует 4…12 классам. Можно изготавливать отливки 1…5 группы сложности. Параметр шероховатости поверхности Rz = 80…20мкм.

5. Преимущества

- повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем а ПФ)

- снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем а ПФ)

- снижение припусков на механическую обработку на 10-20%

- лучше санитарно-гигиенические условия

- мелкозернистая структура отливок ( >прочность)

6. Недостатки

- сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов)

- неподатливость кокиля и металлических стержней

- затруднен вывод газов из полости формы

Литье под давлением

1.Сущность процесса заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100Мпа. Конечное давление на расплав может достигать 490Мпа. Давление снимается посте полного затвердевания отливки в пресс-форме.

2. Материалы и оснастка.

1) пресс-форма

2) смазка (машинное масло)

3) прессующая машина

3.Основные технологические операции.

1) Очистка пресс-формы.

2) Нагрев пресс-формы до 120…220°С и покрытие поверхности смазкой.

3) Сборка пресс-формы.

4) Залив расплавленного металла в камеру прессования и запрессовка расплава под давлением в полость пресс-формы.

5) Охлаждение и затвердевание отливки под внешним давлением.

6) После затвердевание отливки внешнее давление снимается и извлекается отливка.

4. Область применения.

Используется для изготовления отливок цветных металлов сложной конфигурации с тонкими стенками массой до 45кг.

Применяется в машиностроении.

5. Преимущества.

- получают сложные тонкостенные отливки

- низкая шероховатость поверхности, следовательно, снижается механическая обработка отливок на 90-95%

- высокая точность геометрических размеров

- мелкозернистая структура

- улучшенные санитарно-гигиенические условия

6. Недостатки.

- высокая стоимость пресс-формы, сложность ее изготовления

- наличие газовоздушной пористости

- ограничение номенклатуры получения отливок по размерам и массе.

Размещено на Allbest.ru