Производство заготовок. Литье. Серия учебных пособий. Книга 3. Проектирование и производство отливок (литых заготовок)

2.5.4 Центробежное литье

Центробежным литьем, как правило, получают отливки, представляющие собой тела вращения (втулки, трубы, диски). Расплав, заливаемый во вращающуюся форму, центробежными силами плотно прижимается к внутренним стенкам формы и воспринимает ее конфигурацию. Формы могут вращаться вокруг горизонтальной, вертикальной и наклонной осей. Наиболее распространены машины с горизонтальной осью вращения. Центробежные силы не только распределяют жидкий металл в форме, но и способствуют перемещению на внутреннюю поверхность отливки более легких, чем сплав, шлаковых и газовых включений. Отливка получается более чистой и плотной.

Для получения втулок применяют машины с горизонтальной, а труб - с вертикальной осью вращения(рисунок 44).

а) – с горизонтальной; б) – с вертикальной осью вращения 1 - вращающаяся форма; 2 – расплавленный металл;

3 – металлоприемник; 4 – ковш; 5 – отливка

Рисунок 44 – Схема центробежного литья на различных машинах

Определенную дозу расплава из ковша 4 заливают во вращающуюся (с частотой от 200 до 1400 об/мин) форму 1 через металлоприемник 3. Под действием центробежных сил металл 2 отбрасывается к стенкам формы. Форма вращается до тех пор, пока расплав не затвердеет, затем отливку 5 извлекают из формы. Перед каждой заливкой внутреннюю полость формы покрывают

противопригарной краской или присыпкой. Центробежным способом можно получать биметаллические отливки, поочередно заливая в форму разнородные расплавы.

Преимуществом центробежного литья является получение отливок без литниковых систем. Отливки имеют плотную, мелкозернистую структуру

Центробежное литье образует внутри цилиндрическое пространство, ограниченное свободной поверхностью, что не требует использования стержней. Этим способом изготавливаются отливки, имеющие форму тела вращения (преимущественно), следует учитывать, что если ось вращения расположена горизонтально, то металл распределяется равномерно, и толщина стенок отливки одинакова, а если ось вращения вертикальная, то внутренняя поверхность параболическая. Разновидностью центробежного литья является центрифугирование. Им получают мелкие отливки различных конфигураций. Центробежным литьем с горизонтальной осью вращения получают цилиндрические заготовки массой до 45 т. Этим способом изготавливают чугунные трубы для водопровода и канализации диаметром от 100 до 1000 мм и длиной от 4 до 10 м. На машинах с вертикальной осью вращения получают заготовкинебольшойвысоты— бандажи, зубчатыеобода.

В машинах с вертикальной осью вращения (рисунок 44 б) расплавленный металл из ковша 1 заливают во вращающуюся форму 2 с частотой вращения от 160 до 500 об/мин. Растекаясь по дну формы, металл увлекается центробежными силами и прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя вокруг нее кольцевой слой 3. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего форму останавливают и из нее извлекают отливку.

2.5.4.1 Литье биметаллических изделий

Литье биметаллических изделий осуществляют в машиностроении и приборостроении с целые получения в одной детали участки с различными физическими и механическими свойствами из разных сплавов. Биметаллические и многослойные литые изделия изготовляют заливкой жидкого металла на твердую, жидко-твердую и жидкую основу, либо послойной заливкой вращающихся (реже стационарных) форм сплавами различного химического состава (рисунок 45).

2

а)

1

а— гильза; б — поршень двигателя

1– изделие из основного металла; 2 – участок изделия, отлитый из другого металла

Рисунок 45 - Биметаллические изделия

2.5.5 Электрошлаковое литье

Электрошлаковое литье используют для получения ответственных толстостенных отливок, к которым предъявляются особые требования по плотности и однородности металла. Способ получения литых изделий путем электрошлакового переплава расходуемых электродов под действием электрического тока непосредственно в сложной формы (в кристаллизаторе) назван электрошлаковым литьем. Литейная форма служит местом для приготовления жидкого металла и используется для формирования отливки.

а) — схема установки для электрошлакового литья; б) — общий вид отливки корпуса

1– расходуемый электрод; 2 – шлак; 3 – расплавленный металл; 4 – отливка; 5 – литейная форма; 6 – стержень; 7 - затравка

Рисунок 46 - Электрошлаковое литье корпуса запорной арматуры

Отливка получается в литейной форме, где расплавляется расходуемый электрод 1 в шлаке 2 и расплавленный металл 3 заполняет полость формы и образует отливку 4. Стенки литейной формы 5 и стержень 6 водоохлаждаемые. Процесс расплавления шлака начинается с возникновения электрической дуги между затравкой 7 и электродом, а затем расплавленный шлак, обладая большим электрическим сопротивлением, приобретает высокую температуру и оплавляет расходуемые электроды 1.

Электрошлаковая отливка, благодаря направленной и более последовательной кристаллизации сплава по сравнению с обычной, практически свободна от ликвации химических элементов; в ней отсутствуют

дефекты усадочного происхождения и нет газовых пор. Литой металл электрошлакового переплава в ряде случаев по своим свойствам превосходит деформированный металл, полученный путем горячей прокатки или ковкой. Электрошлаковое литье применяют для изготовления толстостенных баллонов, валков холодной прокатки, корпусов запорной энергетической арматуры (рисунок 46 б), заготовок литых коленчатых валов, шатунов и других ответственных деталей.

2.5.6 Смазка пресс-форм

Для снижения прилипания расплава к стенкам пресс-формы (особенно при литье алюминиевых сплавов), для уменьшения износа пресс-форм, а также устранения задиров на литых деталях производят смазку пресс-формы. Смазывают детали камеры прессования (наполнительный стакан и поршень).

Смазка должна быть нанесена тонким слоем. Избыток смазки стекает на нижние части оформляющей полости пресс-формы, препятствует четкому заполнению контура полости и способствует образованию рисунка «мороза». Кроме того, при обильной смазке увеличивается газообразование, создающее в пресс-форме дополнительное давление и способствующее образованию облоя на отливках. Облоем называют часть расплава, затекающую в плоскость разъема и остающуюся на отливке.

Необходимо смазывать те места пресс-формы, к которым может прилипнуть расплав, и места, оставляющие на отливке риски или задиры. Смазку пресс-формы и стержней производят периодически во время работы в зависимости от конфигурации отливки. Пресс-формы для сложных отливок необходимо смазывать чаще, чем для простых. Детали камеры прессования необходимо смазывать после нескольких заливок. При литье латуни первые отливки после смазки отбрасывают, так как они насыщены газом. Лучше всего наносить смазку на все рабочие поверхности пресс-формы с помощью пульверизатора, который обеспечивает нанесение ровного и тонкого слоя.

Смазочные материалы, применяемые для пресс-формы, должны удовлетворять следующим требованиям: быть стойкими к действию высоких давлений и температур; не вызывать коррозии отливок и частей пресс-формы; не оказывать вредного воздействия на работающих; образовывать устойчивую пленку на поверхности полости пресс-формы и камеры прессования. Поскольку подобрать определенный один состав смазочного материала, отвечающего указанным требованиям, очень трудно, существует большой ассортимент смазочных материалов для литья под давлением. Условно их подразделяют на три группы (твердые, мазеобразные и жидкие).

К твердым смазочным покрытиям относят животные жиры и воск, в чистом виде их применяют редко, но они входят компонентами, в состав мазеобразных и жидких смазочных материалов.

Мазеобразные смазочные материалы представляют собой густую смесь из парафина, мазута, нигрола, озокерита, церезина, минеральных масел и других веществ. Для повышения разделительной способности в них добавляют алюминиевую пудру и графит.

В состав жидких смазочных материалов входит разбавитель, способствующий получению жидкой консистенции и отводу теплоты от прессформы. Жидкие смазочные материалы приготовляют на нефтяной или водной основе с добавкой мелкодисперсных наполнителей или присадок. В состав смазочных материалов на водной основе входят минеральные масла, жиры и эмульгаторы.

Ниже приведены составы смазочных материалов для различных сплавов. Цифры – массовая доля компонентов, процентов.

Для алюминиевых и магниевых сплавов:

30 церезина или воска, 14 вазелина, 26 графита, 30 парафина;

50 графита, 50 моторного масла;

1,5 %-ный раствор фтористого натрия;

52 масла, 43 разбавителя, 5 трихлорэтилена.

Для оловянно-свинцовых и цинковых сплавов:

30 парафина, остальное моторное масло;

5 графита, остальное моторное масло.

Для медных сплавов:

8 графита, 92 машинного масла;

10 %-ный водный раствор желтой кровяной соли.

Для смазки поршня и камеры прессования применяют смазочные материалы на основе тяжелых минеральных масел, содержащие от 20 до 40 % графита

2.5.7 Характеристика специальных видов литья

Общей особенностью специальных видов литья является экономия металла, которая численно выражается в ЛП двумя коэффициентами: коэффициентом выхода годного - процентным отношением массы отливок к массе залитого в форму металла и коэффициентом использования заготовок - отношением массы детали к массе отливки. При специальных видах литья эти коэффициенты выше, чем при литье в обычные песчаные формы (экономия до 15 %). Однако сами специальные виды литья дороже обычного литья, но, учитывая экономию при механической обработке отливок, в целом, стоимость деталей снижается. Однако, рекомендовать тот или иной способ изготовления детали можно лишь после учета технологичности конструкции детали и сопоставления всей совокупности затрат применительно к конкретным условиям производства данной детали.

2.5.8 Получение литых заготовок из полимерных материалов

Получение литых заготовок (отливок) характерно не только для металлов и сплавов. Эти процессы применяют и для переработки пластмасс, так как применение механической обработки пластмасс резанием следует избегать или уменьшать ее. Получение изделий из пластмасс при такой обработке приводит к нарушению поверхностной смоляной пленки, что уменьшает предел прочности, увеличивает водо- и масло поглощение. Однако полностью исключить механическую обработку резанием при переработке пластмасс невозможно. При прессовании, литье и других методах формования заготовок из пластмасс наблюдается значительные колебания усадки материала, что снижает получаемую точность размеров. Поэтому для получения высокого класса точности размеров заготовки в ряде случаев необходимо применять механическую обработку, кроме того, методами резания удаляют литниковую систему, зачищают заусенцы, получают малые отверстия и резьбы.

Прессование полимеров включает две разновидности – прямое и литьевое. Схемы процесса прямого (компрессионного) и литьевого прессования пластмасс показаны на рисунке 47.

а) – прямое; б) - литьевое

1 - пуансон; 2 - каналы для нагрева или охлаждения; 3 - напорная камера; 4 - обойма; 5 - пресс-масса; б - формообразующая часть формы; 7 – выталкиватель

Рисунок 47 - Схема прямого (а) и литьевого (б) прессования полимеров

Процесс прессования состоит в следующем. Подготовленные прессматериалы засыпают в нагретые до температуры 150-250 °С пресс-формы, закрепленные на плитах гидравлического пресса. При замыкании пресс-формы полимер плавится и подвергается давлению между пуансоном 1, матрицей 6 и обоймой 4 и выдерживается при заданной температуре. Если полимер термореактявный, то его отверждение происходит в горячих пресс-формах, в результате протекания необратимых реакций полимеризации с образованием

сетчатых структур. Если полимер термопласгичный, то его отверждение происходит под давлением вследствие охлаждения пресс-формы проточной водой. После этого пресс-форма раскрывается, и готовое изделие выталкивается толкателем.

При литьевом прессовании (рисунок 47 б) плавление полимера происходит в напорной камере, из которой под давлением пуансона 1 полимер подается через литник в формообразующую полость 6, где происходит отвердение полимера. При прохождении через щелевидный литник пресс-масса хорошо перемешивается прогревается, что позволяет получать изделия более сложной конфигурации. При этом уменьшаются остаточные напряжения и деформации, сокращается цикл, но увеличивается расход материала.

Литьевое горячее прессование более производительно и экономично, чем компрессионное, так как отпадают операции-дозировки и предварительного формования пресс-порошков, однако рабочее давление повышено и достигает 80-150 МПа. Литьевое прессование позволяет получать толстостенные (до 10 мм) детали сложной формы, с глубокими отверстиями, в том числе резьбовыми. Возможна установка сложной и тонкой арматуры.

В качестве недостатка этого способа следует указать высокую стоимость пресс-форм и повышенный расход пресс порошка.

Литье под давлением является высокопроизводительным и эффективным технологическим способом массового производства деталей из термопластов.

1 - пресс-форма; 2 - изготовляемая деталь; 3 – сопло;

4 – электронагреватель; 5 – рассекатель; 6 - рабочий цилиндр; 7 – поршень; 8 - загрузочный бункер; 9 - дозатор

Рисунок 48 - Схема литья под давлением пластмасс

Перерабатываемый материал из загрузочного бункера 8 подается дозатором 9 в рабочий цилиндр 6 с электронагревателем 4. При движении поршня 7 определенная доза материала поступает в зону обогрева, а уже расплавленный материал через сопло 3 и литниковый канал — в полость прессформы 1, в которой формируется изготовляемая деталь 2. В рабочем (нагревательном) цилиндре на пути потока расплава установлен рассекатель 5, который заставляет расплав протекать тонким слоем у стенок цилиндра. Это ускоряет прогрев и обеспечивает более равномерную температуру расплава. При движении поршня в исходное положение с помощью дозатора 9 очередная порция материала попадает в рабочий цилиндр. Для предотвращения перегрева выше 70 °С в процессе литья пресс-форма охлаждается проточной водой. После затвердевания материала пресс-форма размыкается, и готовая деталь с помощью выталкивателей извлекается из нее.

Литьем под давлением получают детали сложной конфигурации с различной толщиной стенок, ребрами жесткости, с резьбой и т. д. Применяют литейные машины, позволяющие механизировать и автоматизировать процесс получения пластмассовых деталей. Производительность процесса литья в 20— 40 раз выше производительности прессования, поэтому литье под давлением является одним из основных способов переработки пластических масс в детали. Качество отливаемых деталей зависит от температур пресс-формы и расплава, давления прессования, продолжительности выдержки под давлением.

При безлитниковом литье под давлением применяют сопла впрыска специальной конструкции с диаметром 0,8—1,5 мм и высотой канала от 0,8 до 1,2 мм. В процессе выталкивания готовой детали происходит ее отрыв в месте «точечного» литника. В отдельных конструкциях пресс-форм после окончания литья литник автоматически отводится, и происходит отделение литниковой системы от готовой детали. Полная автоматизация безлитникового литья резко повышает производительность процесса получения деталей.

Выдавливание (или экструзия) отличается от других способов переработки термопластов непрерывностью, высокой производительностью процесса и возможностью получения на одном и том же оборудования большого многообразия деталей (рисунок 49 6). Выдавливание осуществляют