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

1.4.3 Сплавы на основе цветных металлов

Алюминиевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочностью и пластичностью, их легко обрабатывать. Наиболее распространены сплавы алюминия с кремнием (силумины), которые обладают повышенной коррозионной стойкостью, хорошей свариваемостью и другими свойствами. Алюминиевые сплавы применяют при производстве блоков цилиндров, корпусов приборов и инструментов и т. п.

Магниевые сплавы обладают малой плотностью, высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью. Недостатком магниевых сплавов является низкая коррозионная стойкость. Для повышения механических свойств практически все магниевые сплавы обрабатывают (модифицируют) гексахлорэтаном, мелом и другими веществами. Из магниевых сплавов изготовляют корпусы насосов, приборов, инструменты и другие изделия.

Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют сравнительно высокие механические и антифрикционные свойства, высокую коррозионную стойкость, хорошую обрабатываемость. Для изготовления отливок применяют оловянные и безоловянные бронзы и латуни. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных бронз.

По механическим, коррозионным и антифрикционным свойствам безоловянные бронзы превосходят оловянистые. Медные сплавы применяют при производстве арматуры, подшипников, гребных винтов, зубчатых колес и др. Алюминиевые, магниевые и медные сплавы широко применяют в приборостроении.

2 Способы изготовления отливок

Основными способами изготовления отливок является литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в кокиль, под давлением и центробежное. Указанными способами можно изготовлять отливки в разовые формы (литье в песчаные формы, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы) и в металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).

2.1 Характеристика и классификация способов литья

Существует много вариантов получения литых заготовок, каждый из которых имеет свое назначение и область применения.

Различают следующие виды форм:

а) разовые – служат для получения только одной отливки, после чего их разрушают. Для их изготовления используют песчано-глинистые смеси, в состав которых входит кварцевый песок от 85 до 90 %, огнеупорная глина от 8 до 14 %, вода и связующие (жидкое стекло, искусственные смолы и др.).

Разовые формы могут быть сырыми, сухими, поверхностно – высушиваемыми и химически твердеющими.

Литейная форма чаще всего состоит из двух полуформ (рисунок 9).

1 – штыри; 2, 13 - металлические рамки (опоки); 3 - литниковая чаша и стояк; 4 - рабочая полость формы; 5 - вентиляционные каналы;

6, 12 - стержневые знаки; 7 - стержень; 8 – верхняя и 11нижняя полуформы; 9 – выступы на модели для стержневых знаков; 10 – модель

Рисунок 9 – Песчаная разовая форма в сборе

Полуформы верхняя 8 и нижняя 11 изготовлены из песчано-глинистой смеси в металлических рамках 2 и 13 (опоках). В нижней полуформе с помощью модели 10 образована рабочая полость 4 для получения отливки. Отверстие в отливке образует песчаный стержень 7, который прочно скреплен с формой с помощью стержневых знаков 6 и 12. Выступы 9 на модели предназначены для получения отпечатков стержневых знаков в форме.

Полуформы перед заливкой скрепляют штырями 1 или на верхнюю полуформу устанавливают груз. Для удаления газов, выделяющихся из песчано-глинистой смеси и расплава, при заливке в форме и стержне выполняют вентиляционные каналы 5. Расплав в рабочую полость формы заливают через литниковую систему — совокупность каналов, предназначенных для подвода расплава в полость формы и питания отливки при затвердевании.

б) полупостоянные – изготавливаются из смеси с высоким содержанием глины и высокоогнеупорных материалов. Их применяют чаще всего при производстве крупных и тяжёлых отливок простой конфигурации. При производстве отливок полость формы сохраняет свои очертания, получая лишь незначительные повреждения. Эти формы допускают многократную (до нескольких десятков раз) заливку металла с мелким ремонтом рабочей поверхности после получения каждой отливки.

в) постоянные – изготавливаются преимущественно из металла. Такие формы обеспечивают получение в одной форме нескольких тысяч, а иногда десятков тысяч отливок. Металлические формы – кокиль – применяют в серийном производстве, а также при специальных способах литья.

Область применения указанных способов определяется объемом производства, требованием по точности, шероховатости поверхности, технологическим свойствам литейных сплавов, экономической целесообразностью способа. Точность литых заготовок характеризуется величиной отклонения их по форме и размерам от размеров заданных чертежом. Чем меньше отклонение, тем точнее отливка.

2.2 Литье в разовые формы

Способы получение отливок в разовых формах различны, втомчисле:

-литьевсухиеи сырые песчано-глинистые формы,

-литье в оболочковые формы,

-литье по выплавляемым моделям,

-литье по растворяемым моделям и др.

Литые заготовки, полученные в разовых формах, отличаются обширной номенклатурой и размерами. Допуски на размер находятся в пределах ± 0,5 до ± 0,7 мм, Для получения таких отливок необходима литейная форма. Ее изготовление - составляющее звено технологического процесса. В целом технологический процесс включает следующие операции:

-разработка технологии; конструирование модели и стержневого ящика; изготовлениемодели.иящика;

-приготовление формовочной и стержневой смесей; изготовление литейных форм и стержней; плавка и подготовка металла; сборка литейных форм;

-заливка форм металлом; охлаждение отливок; выбивка отливок и стержней;

-очистка и обрубка отливок;

-контроль качества отливок.

Процесс изготовления литейной формы называют формовкой, которая складывается изрядаопераций, выполняемых соснасткой.

Схема технологического процесса получения отливок в песчаных разовых формах показана нарисунке 10.

Рисунок 10 – Схема технологического процесса получения отливоквпесчаных разовых формах

Для образования рабочей полости литейной формы используют оснастку, включающую модельный комплект. Модельный комплект — приспособления, включающие литейную модель, стержневые ящики (один или несколько), модельные плиты, модели литникковой системы. Оснастка содержит сушильные плиты, опоки и щитки.

Модель - формообразующее приспособление, которым получают отпечаток, соответствующий внешней конфигурации отливок. Их изготавливают издерева, пластмасс или металла.

Стержневой ящик – приспособление, в котором изготавливают стержни из смесипескаиглины.

Сушильные плиты для стержней - приспособления, на котором сушат стержни для сохранения их формы.

Опоки - жесткие рамки, в которых формируют смесь, их, как правило, 2 и при сборке они образуют единую форму.

При получении формы необходим расчет модели и стержней, установку литниковой системы для подвода расплава, атакже выпорадля выходагазов.

2.2.1 Модели

Литейная модель (рисунок 11) — приспособление, при помощи которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Модели бывают неразъемные, разъемные и специальные. У литейной формы имеется рабочая часть – полость, в которой застывающий расплавленный металл приобретает очертания и размеры литой заготовки. Для получения в форме такой полости необходимо иметь модель. Конструкция модели должна обеспечить лёгкость выемки её из формы, поверхность модели должна быть прочной, не изменяться в размерах, противостоять влиянию влаги формовочной смеси.

Для чугунных отливок модели окрашивают в красный цвет, для стальных – в серый или синий, для цветных сплавов – в жёлтый. Стержневые знаки на модели окрашиваются в чёрный цвет.

Модели изготавливают из дерева, цемента, гипса, пластмасс, полистирола, стеариновых и металлических сплавов.

Наиболее широко применяют деревянные модели. Размеры модели превышают размеры деталей на величину усадки, которая составляет: для стали – 2 %, для чугунов – 1 %, для цветных сплавов от 1,2 до 1,5 %.

Неразъёмные модели служат для получения несложных отливок, формовка которых может осуществляться в одной из половин формы

(рисунок 11 а). Разъёмные модели применяются при производстве отливок более сложной конфигурации, состоящих из двух и более частей. Соединение половин модели производится с помощью шипов (рисунок 11 б).

а)

б)

а) – неразъемные; б) – разъемные

Рисунок 11 - Виды моделей

Деревянные модели изготавливают традиционными методами обработки древесины на деревообрабатывающих станках, что связано с определенными трудностями при необходимости получения на поверхностях сочетания сложных геометрических фигур.

Авторами работы разработаны способы получения моделей методом выжигания /13, 14/. На рисунке 12 показана модель токоподвода машины для контактной сварки изготовленная разработанным авторами способом.

6

1 –параболический участок рабочей поверхности контакта; 2 – цилиндрический участок; 3 – участок усеченного конуса;

4 - второй цилиндрический участок; 5 – шестигранный участок; 6 – модель

Рисунок 12 – Модель токоподводящего контакта машины контактной сварки

Способы заключаются в том, что рабочую поверхность моделей получают выжиганием нагретой мастер моделью.

Способ получения модели осуществляется следующим образом.

Из деревянных досок или бруса вырезают контуры изготавливаемой модели. Изготавливают металлическую мастер-модель, которую затем нагревают в камерной печи до 700 0С и укладывают на изготавливаемую модель. За счет высокой температуры мастер модели в деревянной модели выжигается требуемая рабочая поверхность. При необходимости нагрев осуществляют в несколько приемов, причем, во время нагрева мастер модели с рабочей поверхности изготавливаемой модели удаляют сгоревшую и обуглившуюся древесину.

2.2.2 Стержни

Отверстия и полости в литых заготовках образуются с помощью стержней, которые вставляются в форму при её сборке. Конфигурация стержня соответствует конфигурации отверстия, полости. Стержни изготавливаются в стержневых ящиках из стержневой смеси, которая от формовочной смеси отличается повышенной прочностью, газопроницаемостью, противопригарностью. Деревянный стержневой ящик показан на рисунке 9, 13

в.

А - А

а) — литейная форма; б) — модель со стержневыми знаками; в) — стержневой ящик

1 – нижняя и верхняя 2 полуформы литейной опоки; 3 - литейный стержень; 4 - металлические штыри; 5 – выпор; 6 - литниковая система

Рисунок 13 - Эскизы литейной формы и модельной оснастки

Стержневые ящики бывают неразъемные и разъемные. Ящик представляет собой коробку, открытую с одной стороны.

Рабочая полость ящика заполняется стержневой смесью.

Способ изготовления стержней зависит от типа производства. В мелкосерийном и единичном производстве сложные по форме и большие по размерам стержни изготовляют вручную в деревянных стержневых ящиках, а в серийном и массовом производстве — на специальных машинах в металлических стержневых ящиках.

Для удержания стержня в нужном положении, во время заливки формы металлом, его вставляют в специальные углубления в форме, которые образуются выступами на модели, так называемыми знаками (рисунок 13 – б).

Литейная форма (рисунок 13 а) представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, в которую заливают расплавленный металл.

Литейная форма обычно состоит из верхней 2 и нижней 1 полуформ, которые изготовляют в литейных опоках 7 — приспособлениях для удержания формовочной смеси. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют при помощи металлических штырей 4, которые вставляют в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 3, которые фиксируют при помощи выступов, входящих в соответствующие впадины в полости формы.

Модельная плита позволяет оформить разъем литейной формы. На ней располагают различные части модели, включая модели литниковой системы, и набивают одну из парных опок.

2.2.3 Литниковая система

Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, обеспечения ее заполнения и подпитывания отливки при затвердевании (компенсации усадки) изготовляют литниковую систему 5 и 6 рисунок 13.

Литниковой системой (рисунок 14) называют каналы в форме, предназначенные для подачи в форму расплавленного металла. Литниковая система должна препятствовать попаданию неметаллических включений в тело отливки.

5

1 – литниковая чаша; 2 - стояк; 3 – шлакоуловитель; 4 – питатель; 5 - отливка

Рисунок 14 - Литниковая система

Литниковая система состоит из литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, и питателей 4. Литниковая чаша 1 является сосудом, в который расплавленный металл поступает из разливочного ковша. Она служит для предотвращения разбрызгивания жидкого металла и размывания формы, смягчения удара струи металла. Стояк 2 - вертикальный канал в верхней полуформе, соединяющий литниковую чашу со шлакоуловителем 3. Шлакоуловитель – горизонтальный канал трапециевидного сечения, обычно выполняемый в верхней полуформе. Он служит для задержания шлака, неметаллических включений и облегчения заполнения формы металлом при наличии большого количества питателей 4. Питатель – канал, служащий для непосредственного подвода металла к полости формы.

Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служит выпор 2 (рисунок 15), который выполняют в верхней полуформе над наиболее массивными частями отливки.

В форме предусматривают вентиляционные каналы для выхода газов, образующихся при заливке расплавленного металла. После извлечения модели форму отделывают и производят сборку опок. В зависимости от заливаемого металла, размеров и массы отливки применяют сырые, сухие и химически