КАФЕДРА «ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛОВ»

УТВЕРЖДАЮ

ПЕРВЫЙ ПРОРЕКТОР

ПАТРУШЕВ А.А.

Методические указания

к выполнению лабораторных работ

«ФОРМОВКА И ПОЛУЧЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ СИЛУМИНА»

Для студентов 2 курса

Факультет ТС в АПК

по специальности 03 05 00.01 Профессиональное обучение (агроинженерия)

Челябинск

2004 Формовка и получение отливок из силумина

Цель работы:

1. изучить технологические процессы изготовления отливок в песчано-глинистых формах и кокилях;

2. ознакомиться с другими способами литья, литейной оснасткой, требованиями, предъявляемыми к литейным сплавам.

3. определить влияние модифицирования на механические свойства отливок.

Оснащение рабочего места

Для изготовления песчано-глинистой разовой формы ручной формовкой необходима следующая оснастка.

1. Подмодельная плита.

2. Разъемная модель.

3. Опоки: верхняя и нижняя.

4. Трамбовка, гладилка, крючок.

5. Стержневой ящик.

6. Душник.

7. Модель стояка.

8. Модель выпора.

9. Кокиль.

10. Тигель.

11. Печь муфельная.

12. Прибор контроля температуры в печи.

13. Клещи, рукавицы.

14. Прибор для определения твердости по методу Бринелля.

15. Копер для испытания ударной вязкости.

16. Ножовка по металлу.

17. Тиски слесарные.

18. Надфиль круглый

Основные положения

Сущность литейного производства состоит в получении отливок – литых металлических изделий путем заливки расплавленного металла или сплава в литейную форму.

Нет ни одной отрасли машиностроения, где не применяли бы литые детали. Это объясняется рядом преимуществ литейного производства по сравнению с другими способами получения заготовок или готовых изделий, а именно:

- получение деталей очень сложной формы с внутренними полостями, которые нельзя или трудно получить другими способами;

- во многих случаях это наиболее простой и дешевый способ получения изделий;

- некоторые способы литья позволяют получать отливки с высокой чистотой поверхности и точностью по размерам, что резко сокращает или исключает совсем их последующую механическую обработку;

- получение изделий из труднообрабатываемых металлов и сплавов.

Литейные сплавы должны обладать следующими литейными свойствами:

- высокой жидкотекучестью - для быстрого и полного заполнения формы;

- минимальной склонностью к образованию усадочных дефектов и газовой пористости для обеспечения максимальной герметичности отливки;

- пониженной склонностью к образованию трещин и короблению.

Кроме этого, они должны обладать хорошей свариваемостью и обрабатываемостью резанием.

В настоящее время существует множество различных способов изготовления литейных форм для получения отливок. Около 80% от всей массы чугунных и стальных отливок получают в песчано-глинистых формах.

Применяются и специальные способы литья:

- литье в оболочковые формы;

- в металлические формы (кокили);

- центробежное литье;

- литье под давлением;

- вакуумным всасыванием и др.

Такими способами можно получать отливки высокой точности, с минимальными допусками по размерам, с высокой чистотой поверхности. Это сокращает или совсем исключает механическую обработку на металлорежущих станках, дает экономию металла, особенно важную при использовании дорогостоящих и дефицитных сплавов. Наряду с этим каждый способ литья имеет свои специфические особенности, ограничивающие область его применения. Так, литье по выплавляемым моделям применимо лишь для относительно небольших изделий, центробежное литье - для получения труб и других изделий, имеющих форму вращения, и т. д.

Для повышения эффективности литейного производства необходимо развитие его по следующим направлениям:

- улучшение качества, надежности, точности и чистоты поверхности отливок с максимальным их приближением к готовым деталям;

- снижение массы литых деталей путем внедрения новых прогрессивных технологических процессов получения отливок;

- улучшение качества литейных сплавов.

Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. В комплект оснастки входят: модели, опоки, модельные плиты, стержневые ящики и др.

Модели - приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки полости, соответствующие конфигурации отливок (например, рис. 2, поз. 3, 4).

Размеры моделей делают больше, чем размеры отливки на величину линейной усадки сплава, которая для различных сплавов различна (для углеродистой стали, составляет 1,8 – 2% для чугуна 0,8 – 1,2%, алюминиевых сплавов 1,0 - 1,25%). Если отливки подвергают механической обработке, то в соответствующих размерах модели учитывают размер припусков - слоя металла, удаляемого при механической обработке, например для мелкого литья она составляет 0,7-5 мм на сторону. Модели делают из плотной, хорошо просушенной древесины (бука, ясеня, сосны и др.), металлических сплавов (обычно алюминиевых) и пластмасс (например, вспененный полистирол, который газифицируется при заливке металла в форму).

Опоки - прочные металлические рамы различной формы, предназначенные для изготовления литейных полуформ из формовочных смесей (см. рис. 2, поз. 1, 2). Опоки изготовляют из серого чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Они могут быть цельнолитыми, сварными или сборными из отдельных литых частей.

Форма для заливки состоит из двух полуформ, полученных набивкой (уплотнением) формовочной смеси в металлические рамки – опоки (рис. 1, а, б, рис. 2; поз. 1, 2.) Для изготовления верхней и нижней полуформ используют разъемную модель (рис. 2; поз. 3, 4.) Отверстия в отливке получают с помощью стержня, изготовленного из стержневой смеси который устанавливается в углубления (гнёзда), образованные в форме стержневыми знаками модели. Для выхода газов накалывают каналы 7, 8, называемые душниками.

Рисунок 1 - Верхняя (а) и нижняя (б) опоки, верхняя (в) и нижняя (г) полумодель

Металл заливают через литниковую систему, состоящую из стояка, литниковой воронки 9, каналов. Для компенсации усадки металлов во время кристаллизации предусмотрен питатель. Свободный выход газов обеспечивается выпором 10.

Большое распространение получило литье в металлические формы (кокили). Этим способом получают более 40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна, стали и других сплавов.

Конструкции кокилей разнообразны, и они могут быть неразъемными (вытряхными) и разъемными. Неразъемные применяют для получения небольших отливок простой конфигурации, которые можно удалять без разъема формы. Разъемные кокили состоят обычно из двух частей – полуформ с вертикальной, горизонтальной и сложными плоскостями разъема.

Рисунок 2 - Получение отливки в разовой песчано-глинистой форме:

1 – верхняя опока; 2 – нижняя опока; 3 – нижняя полумодель; 4 – верхняя полумодель; 5 – формовочная смесь; 6 – подмодельная плита; 7, 8 – душники; 9 – литник (воронка и стояк); 10 – выпор; 11 – отливка; 12 – отливка, подготовленная для испытаний.

Кокили чаще всего делают из чугуна и стали. Для повышения стойкости (долговечности) кокиля и предупреждения поверхностной закалки стали или отбеливания чугуна на внутреннюю поверхность кокиля наносят огнеупорные покрытия или краски (толщина покрытия от 0,5 до 12 мм). Интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем в 3–10 раз больше, чем при литье в песчано-глинистую форму, что способствует получению мелкозернистой структуры и увеличению прочности. Вместе с тем, быстроохлаждающийся сплав снижает свою жидкотекучесть, что затрудняет получение сложных тонкостенных отливок. Поэтому перед заливкой кокиль должен быть нагрет до определенной температуры (100...300С) в зависимости от вида сплава и конфигурации отливки.

Широкое применение, благодаря высоким литейным свойствам, нашли сплавы алюминия с кремнием, с добавками других элементов, так называемые силумины. Силумины обладают относительно высокой удельной прочностью при нормальной температуре, сравнительно высокой коррозионной стойкостью, усталостной прочностью. Механические свойства силуминов зависят от нескольких факторов:

• способа литья (в зависимости, от которого меняется скорость охлаждения);

• модифицирования;

• содержания кремния и других элементов;

• термической обработки.

В данной лабораторной работе рассматривается влияние первых двух факторов:

• при литье в кокиль скорость теплоотвода увеличивается по сравнению с литьем в песчано-глинистую форму и, как следствие, - увеличивается прочность, но снижается пластичность;

• второй фактор, модифицирование – это введение в металлический расплав модификаторов – веществ, небольшие количества которых (обычно не более 1%) способствуют кристаллизации структурных составляющих в измельченной или округлой форме, что улучшает механические свойства металла или сплава. После модифицирования механические свойства повышаются на 30...40%, улучшаются и литейные свойства (жидкотекучесть).

• модифицированные силумины хорошо свариваются, обладают низким удельным весом и хорошей коррозионной стойкостью, но плохо обрабатываются резанием и склонны к газовой пористости.

В качестве модификаторов для силуминов используют смесь солей NaF и NaCl в соотношении 2:1 по массе. Модифицирование резко меняет структуру силумина, зерно измельчается, излом становится бархатистым на вид.

Полученные отливки подвергают механически испытаниям. В данной лабораторной работе отливки испытывают на твердость по методу Бринелля и ударную вязкость (смотрите приложение А).