Изготовление заготовок способом литья (Литьё) 4. Литейное производство
Литейным производством называется технологический процесс получения фасонных деталей или заготовок путем заливки расплавленного металла в формы. После затвердевания металла получается отливка, служащая заготовкой для изготовления детали. Отливки получают из черных металлов и сплавов (стали, серого и ковкого чугуна), а также из цветных металлов и сплавов (алюминиевых, магниевых, медных – бронзы, латуни и т. д.). Литьем изготовляют простые и сложные детали автомобилей, тракторов, станков, прокатных станов и т. д. (поршни, гильзы и блоки цилиндров двигателей, корпуса насосов, компрессоров, коробки передач, шестерни и др.) Литьем можно изготовливать детали сложной формы, которые другими способами – ковкой, штамповкой, сваркой – получить невозможно или значительно труднее. Стоимость литой детали в большинстве случаев оказывается ниже стоимости аналогичной детали, изготовленной другими методами.
По условиям эксплуатации различают отливки: • общего назначения, т. е. отливки для деталей, не рассчитываемых на прочность; • ответственного назначения - для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках; • особо ответственного назначения - применяемые для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках. В зависимости от способа изготовления, массы, конфигурации поверхностей, габаритного размера, толщины стенок, количества стержней, назначения и особых технических требований отливки делят на 6 групп сложности. 1-я группа – самые простые заготовки
Литейная форма - это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. а - литейная форма; б - тройник; в - литейный стержень; г - литейная модель; д - стержневой ящик; е - отливка с литниковой системой
Литейная опока - приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. а - литейная форма; б - тройник; в - литейный стержень; г - литейная модель; д - стержневой ящик; е - отливка с литниковой системой Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью металлических штырей 4, вставляемых в отверстия приливов у опок. Для образования полостей и отверстий в формы устанавливают литейные стержни 1, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков ).
Литейные формы могут быть металлическими или изготавливаться из неметаллических материалов. К формам из неметаллических материалов относят песчаные формы и формы, изготовленные без связующего по пенополистироловым моделям или пленочно-вакуумной формовкой; формы, изготовленные по разовым моделям, и др. Эти формы, как правило, используют для изготовления отливок один раз и разрушают при извлечении отливок. Металлические литейные формы это формы многократного использования. К ним относят кокили - металлические формы, пресс-формы для литья под давлением, кристаллизаторы для непрерывного литья, изложницы для центробежного литья и др. Многообразие современных литейных форм дает возможность изготовлять различные по массе, конфигурации, точности и свойствам металла отливки из любых сплавов. 4.3. Литейная форма и ее элементы
Является универсальным и самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготовляют разнообразные по сложности отливки любых массы и размеров из сталей, чугунов и сплавов цветных металлов. Песчаные формы обладают малыми теплопроводностью и теплоемкостью. Благодаря плотности песчаной формы можно получать отливки с малой толщиной стенки (2,5... 5 мм). При литье в песчаные формы в массивных узлах отливок могут образовываться усадочные раковины и пористость. Низкая огнеупорность материала может приводить к появлению пригара в поверхностном слое отливки. Для изготовления отливок используют сырые, сухие и подсушенные песчаные формы; химически твердеющие формы, изготовленные из специальных самотвердеющих смесей; формы, изготовленные по газифицируемым моделям; формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по металлической нагреваемой оснастке и др.
Для изготовления литейных форм используются модельный комплект, формовочные и стержневые смеси и другие материалы и оборудование. Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, не всегда соответствуют требованиям современной техники. Литейная модель (а), модельная плита (б) и стержневой ящик (в) для корпуса вентиля: 1 - центрирующие шипы; 2 - стержневые знаки; 3 - центрирующие штыри; 4 - металлическая плита; 5 - модели отливок; 6- модели элементов литниковой системы
Оболочковые формы изготовляют из формовочной смеси, которая состоит из кварцевого песка и термореактивной смолы (6–7 %) в виде порошка. Связующие материалы обладают способностью оплавляться при нагревании до 100 °C. Когда температура нагрева переходит за 160 °С, смола необратимо затвердевает. М еталлическую модельную плиту нагревают до 200–250 ° С. Оболочку помещают в электрическую печь и нагревают до 300–350 ° С, термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние.
Последовательность изготовления оболочковых форм
Для изготовления моделей используют парафин, стеарин, церезин, воск и др. 1 - пресс-форма для получения моделей; 2 - модель: 3 - модельный блок (объ-единяет 2-100 моделей); 4 - емкость с жидкой формовочной смесью - керамической суспензией 5, которая состоит из огнеупорного материала (кварц, шамот, электрокорунд) и раствора этилсиликата; 7 - обсыпка кварцевым песком в спец. установке 6; 8 - бак с горячей водой 9; 10 - нагреватель воды; 11 - электропечь; 12 - оболочка; 13 - жаростойкие опоки; 14 - кварцевый песок. После прокалки в течении 2 ч. (ж), форма заливается жидким металлом 16 из ковша 15.
Схема литья по выплавляемым моделям а – деталь, модель; б – изготовление модели в пресс-форме; в – сборка моделей в блок; г – образование оболочки на моделях; д – подготовка формы к заливке; 3,6 – нижняя, верхняя матрицы; 4,9 – металлические стержни; 5 – направляющий штырь; 7 – поршень; 8 – модельная масса; 10 – оболочка; 11 – полость формы; 12 – накопитель а б в д г
Существуют следующие разновидности способов получения точных отливок: литье по выжигаемым моделям: модель не выплавляют из формы, а выжигают. Модель изготовляют из пенополистирола и заформовывают. Не извлекая модель, форму заливают жидким металлом. Модель при соприкосновении с жидким металлом испаряется, и металл занимает пространство, где была модель; литье по растворяемым моделям: модель изготовляют из соли (NаNO 3, KNO 3 и др.). После изготовления формы модель растворяют и таким способом удаляют из формы; литье по замороженным моделям: модель изготовляют из водных растворов солей. Жидкий раствор заливают в штамп и замораживают. По замороженной модели изготовляют форму. Модель из формы удаляют нагреванием.
Кокиль − форма, изготовленная из чугуна, стали или других сплавов. Преимущества литья в кокиль: Металлическая форма выдерживает большое количество заливок. Отливки, полученные в кокиле, имеют большую точность размеров и лучшую чистоту поверхности, чем при литье в песчаные формы, и требуют меньшего припуска на механическую обработку. Структура металла получается более мелкозернистой. Недостатки: большая стоимость изготовления формы; повышенная теплопроводность формы, что может привести к пониженной заполняемости форм металлом вследствие быстрой потери жидкотекучести ; получение повышенного отбела у чугунных отливок, что затрудняет их механическую обработку.
Литье в металлическую форму (кокиль) Форма для изготовления алюминиевого поршня
− способ получения фасонных отливок в металлических формах, которые принудительно заполняют металлом под давлением. Применяют в массовом производстве для тонкостенных отливок из сплавов цветных металлов. Обеспечивается большая точность размеров отливок, и они в подавляющем большинстве случаев не требуют дальнейшей механической обработки. Изготовление отливок в машинах литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования
− способ получения отливок, при котором залитый в форму металл подвергается действию центробежных сил.
Формы для центробежного литья: а – с вертикальной осью вращения; б – с горизонтальной осью вращения; в – для заливки фасонных деталей; г - для отливки фасонных деталей с горизонтальной осью
Процесс непрерывного литья осуществляется на горизонтальных, либо на вертикальных литейных установках. Вертикальное непрерывное литье используется для изготовления полых отливок (например, труб). Горизонтальное непрерывное литье используется для изготовления сплошных круглых, прямоугольных и фасонных заготовок простой и сложной конфигураций.
