15. .Оборудование для плавления сталей и чугунов.

Для плавления стали и чугуна широко применяют индук­ционные высокочастотные печи (рис.20 а), позволяющие нагревать металл до высокой температуры, регулировать состав газовой атмосферы, создавать вакуум для получения металла высокого качества с минимальными затратами. Для размещения расплава / предназначен тигель 2, выполненный из кварца или магнезита с последующим спеканием. Нагрев производится при помощи мед­ного или алюминиевого водоохлаждаемого индуктора 3. При пропускании тока высокой частоты через индуктор в шихте, за­груженной в тигель, наводятся вихревые токи, выделяется большое количество теплоты, расплавляющей шихту и нагревающей расплав до нужной температуры..

Рис.20. Схемы устройства плавильных печей:

а — индукционной высокочастотной; б — сопротивления.

Для плавления цветных сплавов широко применяют индук­ционные печи промышленной частоты, электрические печи сопро­тивления

(рис.20 б) и др. Электрическая печь сопротивления выполнена в виде сварного цилиндрического кожуха 3, облицо­ванного (футерованного) шамотным кирпичом 4. Между кожухом и футеровкой предусмотрена теплоизоляционная набивка 5 из легковесных материалов и асбестовых листов. В качестве нагрева­телей 6 используют нихромовые спирали. Сплав приготовляют в литом тигеле 2 из жаропрочного чугуна. Сверху печь закры­вается крышкой.

16. . Литейные свойства сплавов.

Литейные свойства сплавов. Не все сплавы в одинаковой сте­пени пригодны для изготовления фасонных отливок. Из одних сплавов (серого чугуна, силумина) можно легко изготовить от­ливку сложной конфигурации, а из других (титановых сплавов, легированных сталей и др.) получение отливок сопряжено с опре­деленными трудностями. Получение качественных отливок без раковин, трещин и других дефектов зависит от литейных свойств сплавов. К основным литейным свойствам сплавов относят жидкотекучесть, усадку сплавов, склонность к образованию трещин, газопоглощение и ликвацию.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко вос­производить контуры отливки. При высокой жидкотекучести литейные сплавы заполняют все элементы литейной формы, при низкой — полость формы заполняется частично, в узких сечениях образуются недоливы. Жидкотекучесть сплавов определяют по специальным пробам. За меру жидкотекучести принимают длину заполненной спирали в литейной форме. Жидкотекучесть сплавов зависит от многих факторов; напри­мер, повышение температуры заливки увеличивает жидкотекучесть всех сплавов. Чем выше теплопроводность материала формы, тем быстрее отводится тепло от залитого металла, тем ниже жидкотекучесть. Неметаллические включения снижают жидкотекучесть сплавов. На жидкотекучесть влияет химический состав сплавов; с увеличением в исходном материале содержания серы, кислорода и хрома жидкотекучесть снижается, а с повышением содер­жания фосфора, кремния, алюминия и углерода — увеличи­вается.

В зависимости от жидкотекучести сплава выбирают минималь­ную толщину стенок отливок. Например, при изготовлении мелких отливок из серого чугуна в песчаных формах минимальная толщина стенок составляет 3—4 мм, для средних — 8—10 мм, а для крупных — 12—15 мм; для стальных отливок—5—7, 10—12, 15—20 мм соответственно.

Усадка — процесс уменьшения объема отливки при охлажде­нии, начиная с некоторой температуры жидкого металла в литей­ной форме до температуры окружающей среды. Усадка протекает в жидком состоянии, при затвердевании в процессе кристаллиза­ция и в твердом состоянии. Различают линейную и объемную усадки, которые определяют в процентах. Величина усадки спла­вов зависит от их химического состава, температуры заливки, конфигурации отливки и других факторов. Наименьшую линей­ную усадку имеют серый чугун (0,9—1,3%), алюминиевые сплавы — силумины (0,9—1,3%). Стали и некоторые сплавы имеют усадку 1,8—2,5%. Изготовлять отливки из сплавов с повышенной усадкой сложно, так как в массивных частях отливки образуются усадочные раковины и усадочная пористость. Для предупреждения образования усадочных раковин предусматривают установку при­былей — дополнительных резервуаров с расплавленным металлом для питания отливок в процессе их затвердевания.

Напряжения в отливках возникают вследствие неравномерного их охлаждения и механического торможения усадки. Они харак­терны для отливок с различной толщиной стенок. При затвердева­нии температура отливки в массивных частях выше, чем снаружи или в тонких сечениях. Поэтому усадка в отдельных местах по величине различна, но так как части одной и той же отливки не могут изменять свои размеры независимо друг от друга, то в ней возникают напряжения, которые могут вызывать образование трещин или коробление. Для предупреждения образования боль­ших напряжений и трещин необходимо в конструкции литой де­тали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости. Трещины довольно часто образуются в отливках из углеродистых и легированных сталей, сплавов магния и многих алюминиевых сплавов.

Газопоглощение — способность литейных сплавов в расплавлен­ном состоянии растворять водород, азот, кислород и другие газы. Степень растворимости газов зависит от состояния сплава: с по­вышением температуры твердого сплава она увеличивается не­значительно, несколько возрастает при плавлении и резко повы­шается при перегреве расплава. При затвердевании и последу­ющем охлаждении растворимость газов уменьшается и в резуль­тате их выделения в отливке могут образоваться газовые раковины и поры. Растворимость газов зависит от химического состава сплава, температуры заливки, вязкости сплава и свойств литейной формы. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавление в вакууме или в среде инертных газов и другие методы.

Ликвация — неоднородность химического состава в различ­ных частях отливки. Различают ликвации зональную и дендрит­ную (внутризеренную). Зональная ликвация — это химическая неоднородность в объеме всей затвердевшей литой детали. Ден­дритная ликвация — химическая неоднородность в пределах одного зерна (дендрита) сплава. Ликвация зависит от химического состава сплава, конфигурации отливки, скорости охлаждения и других факторов.

17. .Классификация способов получения 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 многоразовые металлические формы (литье в кокиль, под давлением и центробежное).

18. .Литье в песчаные формы.

Изготовление отливок в разовых песчаных формах. Сущность способа литья в песчаные формы заключается в получении отливок из рас­плавленного металла, затвердевшего в формах, изготовленных из формовочных смесей путем уплотнения с использованием мо­дельного комплекта. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливки производят ее выбивку, очистку и обрубку.

19. .Формовочные и стержневые смеси.

Формовочные и стержневые смеси используют для изготовле­ния литейных форм. В качестве исходных формовочных матери­алов используют формовочной кварцевый песок различной зер­нистости, литейные формовочные глины и вспомогательные мате­риалы (мазут, графит, тальк, древесную муку и др.). Формовочные смеси представляют собой многокомпонентное сочетание мате­риалов, соответствующее условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Их подразделяют на смеси для стальных, чугунных и цветных сплавов. Для изготовления отли­вок используют облицовочные, наполнительные и единые смеси.

20. .Ручная и механическая формовка песчаных смесей.

Ручную формовку применяют а единичном и мелкосерийном производствах при изготовлении крупных отливок. В большинстве случаев песчаные разовые формы изготовляют в парных опоках по разъемной модели. Кроме того, в парных опоках производят формовку по неразъемной модели. Для крупных отливок массой в несколько десятков тонн формы изготовляют в специальных ямах {кессонах}, дно которых находится ниже уровня пола цеха. Стенки и дно кес­сона, как правило, облицовывают батоном или железобетоном. Машинная формовка — основной метод изготовления литей­ных форм в парных опоках — осуществляется по модельным пли­там. Машинная формовка позволяет механизировать уплотнение формовочной смеси в опоках и удаление модели из формы (самые трудоемкие операции), а также произвести вспомогательные oneрации: поворот полуформ, устройство литниковых систем и др. При машинной формовке улучшается качество уплотнения форм, повышаются точность геометрических размеров отливок и произ­водительность. Уплотнение формовочной смеси производят на встряхивающих и прессовых машинах, а также с помощью песко­мета.

При уплотнении форм на встряхивающих машинах (рис.22, а) стол 2 вместе с модельной плитой 3, опокой 4 и формовочной смесью поднимается сжатым воздухом на высоту 60—80 мм, а затем автоматически происходит выпуск воздуха из полости цилиндра в атмосферу и стол падает, ударяясь о станину /. Под действием сил инерции лежащие выше слои давят на лежащие ниже и происходит уплотнение формовочной смеси. Встряхива­нием можно уплотнять формовочную смесь в опоках любой высоты.

Рис.22. Схемы уплотнения формовочной смеси

а - встряхиванием; б - прессованием; в – пескометом.

При уплотнении прессованием {рис.22 б) прессовая колодка 1 давит на поверхность смеси, находящейся в опоке 3 и наполни­тельной рамке 2. В процессе прессования стол 5 поднимается вместе с модельной плитой 4, опокой и наполнительной рамкой навстречу прессовой колодке, которая входит внутрь наполни­тельной рамки. В результате прессования песчинки сближаются и прочно сцепляюгся между собой.

При уплотнении пескометом (рис.22 в) формовочная смесь подается ленточным конвейером 2 в головку и захватывается ковшом 3, укрепленным на вращающемся роторе 4. Формовочная смесь ковшом выбрасывается в опоку 5. Уплотнение формовочной смеси происходит при помощи кинетической энергии движения порции смеси при падении ее на поверхность уплотняемой формы.

Извлечение моделей из форм при машинной формовке осуществляют с помощью специальных вытяжных и поворотных меха­низмов что способствует получению более точных отливок.

Изготовление стержней заключается в формовании сырых стержней, их сушке, отделке и окраске. Для повышения прочности стержней в них закладывают каркасы, а для увеличения их газо­проницаемости в них делают вентиляционные каналы. Сушку стержней производят на металлических сушильных плитах при температуре 200-280 °С в течение 2-12 ч. Изготовляют стержни в большинстве случаев на различных стержневых машинах: встряхивающих, прессовых и пескодувных, а также на установках с использованием жидкоподвижных самотвердеющих смесей.

Сборка литейных форм включает установку стержней, кон­троль точности размеров основных полостей формы, накрывание нижней полуформы верхней, скрепление полуформ перед заливкой. Заливают формы расплавленным металлом из конических, барабанных и других ковшей, футерованных огнеупорным мате­риалом и высушенных до полного удаления влаги. Температура заливки металла зависит от рода сплава, толщины стенок отливок, их конфигурации и т. п. Заливку форм ведут без перерыва, с пол­ным заполнением литниковой чаши.