Литейное производство

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт новых материалов и технологий

Кафедра «Литейного производства и упрочняющих технологий»

Литейное производство

Выполнили:

Гудков А.В.

Кашин А.О.

Екатеринбург

2020

Лабораторная работа № 1. Изготовление разовой литейной формы по разъемной модели в опоках

Цель работы: Ознакомиться с технологическим процессом изготовления разовых литейных форм по разъемной модели, а также приобрести практические навыки формовки и заливки форм.

Общие сведения о формовке по постоянным разъемным моделям

Формовка по разъемной модели является наиболее распространенным способом изготовления разовых литейных форм. Разъемные модели широко применяют при ручной, машинной и автоматической формовке. Рассмотрим процесс изготовления разовой литейной формы по разъемной модели на примере получения литой заготовки для детали «Втулка». Отливка «Втулка» изготавливается путем заливки расплава в разовую литейную форму

Наружная поверхность отливки оформляется верхней и нижней полуформами, в то время как внутренняя поверхность отливки оформляется с помощью стержня. Жидкий расплав поступает в полость формы с помощью литниковой системы, состоящей из воронки или литниковой чаши, стояка, шлакоуловителя и питателя. Газы, образующиеся при заливке формы расплавом, удаляются из рабочей полости формы с помощью выпоров. Правильность положения стержня в форме обеспечивается стержневыми знаками.

Рабочая полость формы в верхней и нижней полуформах выполняется с помощью разъемной модели

Материалы для модели выбирают в зависимости от типа формы. Модели выполняют из дерева, гипса, цемента и из металлических сплавов. Выбор материала для моделей определяется серийностью производства. Для ручной формовки чаще применяют деревянные модели вследствие доступности, хорошей обрабатываемости и низкой стоимости дерева, а для машинной формовки - металлические модели. Основной и наиболее трудоемкой операцией в литейном цехе является изготовление формы. Для изготовления литейных форм применяют опоки. Опока - это приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы, ее транспортировке и заливке жидким металлом.

Эскизы постоянных разъемных моделей

Рисунок 1 - Постоянные разъёмные модели.

Технология изготовления форм

Для получения литейной формы сначала по одной части разъем ной модели изготавливают нижнюю полуформу. Для этого на подмодельную плиту устанавливают опоку, нижнюю часть модели и модель питателя. На поверхность модели наносят разделительное покрытие для предотвращения прилипания к ней формовочной смеси. Затем опоку заполняют формовочной смесью, разрыхленной и просеянной через сито с размером ячеек 3 - 4 мм, и уплотняют до получения твердости 60 - 80 единиц по твердомеру.

При изготовлении отливок, склонных к образованию пригара, на модель сначала наносят слой облицовочной формовочной смеси толщиной 20 - 30 мм.

После ее легкого уплотнения руками вокруг модели опоку заполняют наполнительной смесью. При ручной формовке смесь в опоку засыпают слоями по 50 - 75 мм. После уплотнения предыдущего слоя засыпают следующий слой такой же толщины. Это обеспечивает равномерное уплотнение смеси по высоте опоки.

Формовочную смесь набивают ручными или пневматическими трамбовками. Для небольших форм пользуются ручной трамбовкой, у которой один конец для набивки смеси по краям опоки и в узких местах формы сделан острым. Плоским концом набивают верхние слои формы. Пневматические трамбовки, работающие на сжатом воздухе, значительно ускоряют формовку. Для засыпания смеси в опоку во время формовки пользуются лопатой или совком.

Излишек смеси над верхним срезом опоки удаляют линейкой. Вентиляционные каналы в полуформе выполняют накалыванием уплотненной смеси вентиляционной иглой. Нижнюю полуформу переворачивают на 180° и устанавливают на подопочную плиту разъемом вверх.

Формовочную смесь по разъему заглаживают гладилкой. Затем на нижнюю опоку по штырям устанавливают верхнюю опоку На нижнюю часть модели по центрирующим штырям устанавливают верхнюю часть модели. На свободной площади поверхности разъема размещают в соответствии с разработанной технологией модели, стояка с воронкой и выпоров. Поверхность разъема посыпают тонким слоем сухого кварцевого песка или графита для предотвращения слипания формовочной смеси в верхней и нижней опоках. Верхнюю полуформу изготавливают так же, как и нижнюю. После срезания излишка смеси и устройства вентиляционных каналов из верхней полуформы извлекают модели литниковой чаши (воронки), стояка и выпоров, предварительно слегка раскачав их. При отсутствии модели чаши или воронки перед извлечением модели стояка вокруг нее гладилкой прорезают приемную полость литниковой системы.

Верхнюю полуформу снимают с нижней, переворачивают на 180° и устанавливают на подопочную плиту разъемом вверх. Из полуформ извлекают части модели отливки и модели элементов литниковой системы - шлакоуловителя 8 (коллектора) и питателя 3. Для облегчения извлечения модели из формы и стержня из стержневого ящика вертикальные стенки их делают с так называемым формовочным уклоном. Величина уклона зависит от высоты стенки, материала модели и способа формовки.

При машинной формовке обе полуформы изготавливают отдельно по модельным плитам с отцентрированными и закрепленными на них частями модели отливки и моделей элементов литниковой системы.

Обе полуформы после формовки отделывают. В процессе отделки формы пользуются набором отделочного инструмента. Для заглаживания плоскостей и прорезки углублений применяют гладилки. Для подрезки формы и удаления остатков смеси используют крючки и ланцет. Для прокола вентиляционных каналов пользуются иглами. Кистью, щетками и помазком пользуются для очистки модели от присохшей смеси, для смачивания краев модели во время ее извлечения из формы, а также для смачивания смеси при исправлениях повреждений формы. Для выдувания сора из формы при меняют ручные мехи или шланг, по которому проходит сжатый воздух. Для припыливания форм применяют кисеты из плотной материи, а для нанесения на поверхность формы краски - пульверизатор.

Затем форму собирают. Для этого в нижнюю полуформу устанавливают стержень. При этом знаковые части стержня входят в соответствующие знаковые части (гнезда) полуформ. Затем нижнюю полуформу накрывают верхней. Для предотвращения смещения относительно друг друга полуформы центрируют с помощью штырей. При заполнении полости формы жидким металлом возникают силы, стремящиеся приподнять верхнюю полуформу. Это обусловлено гидравлическим ударом и силой Архимеда, поэтому перед заливкой полуформы скрепляют скобами, болтовыми и клиновыми соединениями или накладывают на верхнюю полуформу специальный груз. При производстве мелких отливок, когда подъемная сила жидкого металла, действующая на верхнюю полуформу, существенно меньше ее веса, формы не нагружают и не скрепляют.

Оборудование, инструмент и материалы: набор разъемных моделей, опоки, подмодельные и подопочные плиты, модели элементов литниковой системы, комплект формовочных инструментов: лопата или совок, набойки, вентиляционные иглы, трамбовки, кисть, крючок для отделки и ремонта полуформ, сито, деревянный молоток - киянка, ланцет, крюк-подъемник для извлечения моделей и отъемных частей, гладилка, ложечка, сметка, нож-скребок, нож трехгранный, рифель, оправка, нож для прорезания литниковых каналов, полозок, щетка, скребок, угольники.

Также в ходе лабораторной работы используются: твердомер, плавильную печь, литейные ковши, набор плавильных инструментов, шихтовые материалы для выплавки чугуна или алюминиевых сплавов, единую формовочную смесь или облицовочные и наполнительная смеси, противопригарное покрытие, керосин или смесь 50% керосина и 50% мазута для протирки моделей, сухой кварцевый песок или серебристый графит для присыпки поверхности разъема полуформ.

Результаты определения твердости полуформ

В ходе выполнения работы у нас получилась отливка, которая попала в интервал HB 179 - 302, что соответствует нормальной твёрдости и не подлежит дальнейшей закалке.

Оценка качества поверхности отливок с описанием дефектов и вероятных причин их образования

По окончанию выполнения работы у нас получились отливки с хорошей поверхностью, но в ходе формовки и заливки форм на ней мы выявили такие дефекты как:

· Газовые раковины: полости с гладкими стенками, в основном сферической формы, часто не выходящие на поверхность отливки (газовые раковины). Большие полости часто изолированы друг от друга, маленькие (газовая пористость) объединяются в группы различного размера.

Внутренние стенки газовых раковин или пор могут быть блестящими, в большей или меньшей степени окисленными или, как в случае чугуна, покрыты тонким слоем графита. Дефекты могут возникать в любой части

Причины образования - газовые раковины и газовая пористость образуются в результате выделения газов, захваченных во время заливки, в ходе кристаллизации. Газовые раковины и пористость могут быть различного происхождения.

· Засоры. Включения кусочков формовочной смеси в теле отливки

Причины образования - небрежная формовка, от которой образуются местные обвалы формовочной смеси, неправильная конструкция литниковой системы (струя заливаемого металла размывает и разрушает форму), неправильная конструкция отливки, при которой в форме образуется тонкие выступы и острые углы, легко размываемые металлом, отсутствие или недостаточная величина литейного уклона в форме, слишком плотное или, наоборот, слишком слабое уплотнение формовочной смеси.

· Облой. Плоский выступ металла неравномерной толщины, часто с острыми кромками, перпендикулярный одной из сторон отливки. Он возникает вдоль линии разъема формы, на стержневом знаке или в месте соединения двух частей формы. Возможные причины: зазор между двумя элементами формы или между формой и стержнем, а также плохая подгонка места соединения полуформ

Выводы: В ходе лабораторной работы мы ознакомились с технологическим процессом изготовления разовых литейных форм по разъемной модели, приобрели практические навыки формовки и заливки форм, получили отливку и выявили несколько дефектов, такие как: засор, газовые раковины и облой.

Лабораторная работа № 2. Изготовление разовой литейной формы по неразъемной модели с подрезкойотливка литейная форма

Цель работы: Ознакомиться с технологическим процессом изготовления разовых литейных форм по неразъемной модели с подрезкой, а также изучение дефектов, причин возникновения и мер предосторожности.

Общие сведения о формовке по постоянным неразъемным моделям с подрезкой:

Формовку по неразъемной постоянной модели изготавливают вручную, применяя специальные приемы (с подрезкой, с фальшивой опокой и др.), т. к. это длительная операция, требующая навыка. При наличии у неразъемной модели плоской поверхности и возможности ее размещения в одной полуформе формовку ведут как по разъемной модели. В этом случае неразъемную модель можно рассматривать как одну половину разъемной модели. При изготовлении форм по неразъемной модели или натурному образцу, используемому в качестве модели, не имеющей горизонтальной плоскости разъема, применяют формовку с подрезкой. Подрезка может быть местной, т. е. в одном месте формы, или вокруг всей модели.

Последовательность технологических операций изготовления литейной формы по неразъемной модели с подрезкой:

Для изготовления разовой литейной формы используется неразъемная модель (рис. 1, а).

А) На подмодельную плиту 1 устанавливают наиболее устойчивой частью модель будущей детали 2, питателя 3, а также нижнюю опоку 4 (рис. 1, б).

Б) На поверхность модели наносят разделительное покрытие для предотвращения прилипания к ней формовочной смеси.

В) Опоку заполняют формовочной смесью, разрыхленной и просеянной через сито с размером ячеек 3 - 4 мм, и уплотняют до получения твердости 60 - 80 единиц по твердомеру.

Г) При изготовлении отливок, склонных к образованию пригара, на модель сначала наносят слой облицовочной формовочной смеси толщиной 20 - 30 мм. После ее легкого уплотнения руками вокруг модели опоку заполняют наполнительной смесью слоями по 50 - 75 мм.

Д) После уплотнения предыдущего слоя засыпают следующий слой такой же толщины. Это обеспечивает равномерное уплотнение смеси по высоте опоки. Для небольших форм пользуются ручной трамбовкой, у которой один конец для набивки смеси по краям опоки и в узких местах формы сделан острым. Плоским концом набивают верхние слои формы. Для засыпания смеси в опоку во время формовки пользуются лопатой или совком. Излишек смеси над верхним срезом опоки удаляют линейкой. Вентиляционные каналы в полуформе выполняют накалыванием уплотненной смеси вентиляционной иглой. Таким образом получают нижнюю полуформу (рис. 1, в).

Е) Готовую нижнюю полуформу переворачивают на 180° и устанавливают на подопочную плиту разъемом вверх (рис. 1, г).

Ж) Гладилкой подрезают и удаляют часть смеси для обеспечения свободного извлечения модели (рис. 1, д). При этом края подрезанной части полуформы выполняют с уклоном не менее 30° и получают фасонную поверхность разъема.

З) На нижнюю полуформу устанавливают верхнюю опоку 6 и модели шлакоуловителя 7 (рис. 1, е), стояка с воронкой 8 (рис. 1, ж) и выпоров 9 (рис. 1, з).

И) Полость опоки засыпают формовочной смесью (рис. 1, и).

К) После уплотнения и срезания излишка смеси из верхней полуформы извлекают модели стояка с воронкой 8 и выпоров 9 (Рис. 1, к).

Л) Полученную верхнюю полуформу снимают, переворачивают на 180° и устанавливают на подмодельную плиту.

М) Из полуформ удаляют модели отливки 2, питателя 3 и шлакоуловителя 7 (рис. 1, л, м, н).

Н) Форму собирают. Для этого в нижнюю полуформу устанавливают стержень 11 (рис. 1, о). При этом знаковые части стержня входят в соответствующие знаковые части (гнезда) полуформ. Затем нижнюю полуформу накрывают верхней (рис. 1, п). После заполнения формы расплавом получается отливка «Колесо» (рис. 2).

Рисунок 2. Изготовление разовой литейной формы по неразъемной постоянной модели с подрезкой

Рисунок 2. Отливка «Колесо»

Вывод: Формовка по постоянным неразъемным моделям с подрезкой - сложный процесс, требующий внимания и аккуратности. И даже у опытных рабочих не всегда получаются идеальные отливки. Всему виной дефекты, образовавшиеся во время процесса. Но на сегодняшний день известны причины их возникновения и меры предосторожности, которые способствуют минимальной возможности появления дефектов.

1. Корабление (полная или частичная деформация отливки по сравнению с формой и моделью)

Причины возникновения:

- Внутренние напряжения в отливке.

- Неправильный подвод металла.

- Повышенная температура заливки, вызывающая увеличение усадки.

- Недостаточная податливость форм и стержней.

- Неправильный режим охлаждения отливки.

Меры предосторожности:

- Правильный выбор литниковой системы и места подвода металла.

- Соблюдение технологии плавки и разливки металла.

- Добавка в формовочную и в стержневую смесь компонентов, увеличивающих податливость формы.

- Выбор правильного режима охлаждения и термообработки отливки.

2. Газовые раковины (полости с гладкими стенками, в основном сферической формы, часто не выходящие на поверхность отливки)

Причины возникновения:

- Повышенная влажность форм и стержней.

- Связующие стержневые смеси, которые выделяют большое количество газов.

- Повышенное количество добавок, содержащих углеводороды.

- Краски и покрытия, которые имеют склонность к выделению большого количества газов.

- Недостаточная вентиляция полости формы.

- Недостаточная газопроницаемость формы и стержня.

- Захватывание воздуха в результате турбулентного движения расплава в каналах литниковой системы.

Меры предосторожности:

- Обеспечение достаточной вентиляции полости формы.

- Повышение газопроницаемости форм и стержней.

- Правильное конструирование литниковых систем.

- Правильная сушка форм и стержней.

- Уменьшение содержания связующих и добавок, склонных к выделению газов, либо их замена на другие.

- Использование красок и покрытий, создающих восстановительную атмосферу.

- Уменьшение высоты заливки.

- Увеличение металлостатического напора путем увеличения высоты стояка. - Предотвращение перегрева металла в процессе плавки и принятие мер по дегазации расплава.

3. Усадочные раковины (открытые или закрытые полости, в основном с грубыми, часто дендритными стенками)

Причины возникновения:

- Уменьшение объема металла:

А) В жидком состоянии при охлаждении металла до температуры начала затвердевания.

Б) При его переходе из жидкого состояния в твердое.

Меры предосторожности:

- Последовательная кристаллизация

- Совершенствование конструкции сечений отливки путем увеличения их толщины

- Использование сплавов, которые имеют незначительную, либо не имеют вообще усадки при затвердевании.

- Ограничение температуры заливки с целью минимизации усадки жидкого металла.

- Использование литниковых систем, имеющих необходимый запас жидкого металла для питания зон отливки, расположенных в местах, охлаждаемых медленно и с оптимальным расположением питателей для компенсации усадки.

- Применение экзотермических материалов.

- Применение внутренних или наружных холодильников для уменьшения действия усадочного эффекта

4. Засоры (включения кусочков формовочной смеси в теле отливки)

Причины возникновения:

- Небрежная формовка

- Неправильная конструкция литниковой системы

- Неправильная конструкция отливки, при которой в форме образуется тонкие выступы и острые углы, легко размываемые металлом.

- Отсутствие или недостаточная величина литейного уклона в форме.

- Слишком плотное или, наоборот, слишком слабое уплотнение формовочной смеси.

Меры предосторожности:

- Соблюдение технологии формовки.

- Конструирование модели с требуемыми литейными уклонами.

- Выбор литниковой системы, обеспечивающей плавное заполнение полости формы.

- Повышение технологичности отливки.

5. Горячая трещина (появляется при высокой температуре, поэтому излом ее всегда покрыт слоем окислов)

Причины возникновения:

- Повышенное содержание в сплаве элементов, способствующих усадке.

- Заливка слишком горячим металлом.

- Неправильный состав формовочной и стержневой смесей и малая их податливость.

Меры предосторожности:

- Исключение общих причин, описанных выше.

- Использование внутренних холодильников в местах возможного возникновения напряжений.

6. Холодные трещины (образуются в достаточно остывшей и потерявшей способность к пластическим деформациям отливке, в которой возникли внутренние напряжения)

Причины возникновения:

- Неправильная конструкция отливки с резкими переходами от толстых частей к тонким.

- Неправильный подвод металла к форме.

- Сопротивление форм и стержней нормальной усадке.

- Сильные удары при обрубке литников или при транспортировке отливок, имеющие большие внутренние напряжения.

Меры предосторожности:

- Обеспечить равномерный обогрев формы металлом через несколько питателей.

- Устранить резкие переходы от толстых сечений к тонким и острые углы.

- Ускорить охлаждение массивных мест отливки при помощи холодильников.

7. Недолив (отсутствие части отливки, обычно в верхней части или в части, удаленной от места подвода металла)

Причины возникновения:

- Недостаточная температура заливки, недостаточная жидкотекучесть расплава, окисление металла.

- Недостаточное сечение каналов литниковой системы или неправильный выбор места подвода питателей

- Низкая температура формы и недостаточная вентиляция формы.

Меры предосторожности:

- Увеличение температуры заливки.

- Пересмотр литниковой системы и места подвода металла.

- Организация эффективной вентиляции полости формы.

- Увеличение температуры формы (для постоянных форм).

- Увеличение толщины стенок отливки.

8. Спай (линейная несплошность со скругленными кромками)

Причины возникновения:

- Недостаточная жидкотекучесть, окисление металла.

- Медленная или прерывистая заливка.

- Недостаточная вентиляция полости формы.

- Неполное слияние двух потоков металла

- Прерывистая заливка, которая приводит к мгновенному разрыву потока металла при заполнении формы.

- Недостаточная емкость ковша

Меры предосторожности:

- Заливка при более высоких температурах.

- Повышение жидкотекучести сплава.

- Увеличение скорости заливки формы путем изменения площади сечения литниковых каналов.

- Повышение эффективности вентиляции полости формы.

- Приведение в соответствие температуры формы и металла

- Избирательный нагрев стенок формы или тщательный контроль за температурой стенок формы в местах возникновения дефекта.

- Исключение прерывистой заливки.

- Подбор ковша, емкость которого обеспечивает полную заливку формы

9. Облой (плоский выступ металла неравномерной толщины, часто с острыми кромками, перпендикулярный одной из сторон отливки)

Причины возникновения:

- Зазор между двумя элементами формы или между формой и стержнем

- Плохая подгонка места соединения полуформ.

Меры предосторожности:

- Внимательное изготовление моделей, форм и стержней.

- Контроль их размеров.

- Аккуратная установка стержней и сборка форм.

- Уплотнение мест соединения частей формы

10. Сдвиг (части отливки сдвинуты по отношению друг к другу параллельно линии разъема формы)

Причины возникновения:

- Плохая подгонка или неплотное соединение частей модели.

- Плохая подгонка или неплотное соединение в стержневых ящиках.

- Плохая подгонка или неплотное соединение частей модельной плиты.

- Смещение полуформ относительно друг друга в процессе сборки из-за люфта в направляющих элементах.

Меры предосторожности:

- Исключение общих причин, описанных выше.

Размещено на Allbest.ru