Технологические требования к конструкции отливки

При конструировании отливки должны быть соблюдены основные требования: равностенность отливки; отсутствие поднутрений и большого скопления металла в отдельных ее частях; наличие формовочных уклонов на вертикальных стенках (перпендикулярных к плоскости разъема формы), плавные переходы при сопряжении стенок; наличие галтелей и др.

Форма отливки должна быть простой для облегчения изготовления модельного комплекта и литейной формы.

Формовочные уклоны облегчают удаление модели из готовой формы без ее разрушения. На рис. 21, а, б показаны формовочные уклоны (закрашены) при горизонтальном и вертикальном положениях отливки в форме.

Рис. 21. Формовочные уклоны и сопряжения стенок отливки

а

в

б

г

д

з

и

ж

е

Верх

Низ

Верх

Низ

Охлаждение отливки в форме сопровождается возникновением внутренних напряжений. Напряжения, образование раковин и пористости зависят от правильного сопряжения стенок и оформления углов отливки. Недопустимое сопряжение двух стенок различной толщины показано
на рис. 21, в. При сопряжении стенок выполняют закругления определенного радиуса (г) в отливках для деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, или сопрягают стенки плавным клиновым переходом (д). Неудачным сопряжением ребер жесткости (е) считают крестоподобное (образующее местное скопление металла), которое заменяют Т-образным вразбежку (ж). Сопряжение стенок под острым углом (з), ослабляющее отливку в этом месте, заменяют углом с закруглением (и).

Литейные свойства сплавов

1.5.1. Изготовление отливок из чугунов

Серый чугун имеет высокую жидкотекучесть и малую усадку (до 1,3 %). Отливки из него получаются качественными, без усадочных раковин, пористости и трещин; толщина стенок у крупных фасонных отливок может быть доведена до 3…4 мм.

Обычный серый чугун выплавляют в вагранках, высококачественный - в дуговых или индукционных печах. Вагранка - плавильный агрегат в виде шахты доменного типа с водоохлаждаемым кожухом. Процесс плавки в вагранках автоматизирован.

Отливки серого чугуна получают в песчаных формах, литьем в оболочковые формы, в кокили, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем. Отливку, полученную в кокиле, для устранения возможного отбела подвергают отжигу.

Высокопрочный чугун обладает жидкотекучестью серого чугуна, что позволяет получать отливки с толщиной стенки 3…5 мм. Усадка высокопрочного чугуна значительна (до 1,7 %), поэтому отливки имеют усадочные дефекты. В связи с этим осуществляют направленную кристаллизацию металла отливок путем создания прибылей и холодильников.

Высокопрочный чугун выплавляют в вагранках, дуговых печах, а также в индукционных печах.

Отливки из высокопрочного чугуна получают различными способами.

Ковкий чугун получают отжигом белого чугуна. Белый чугун обладает худшими литейными свойствами, чем серый чугун. Это приводит к повышенным температурам заливки, особенно при получении тонкостенных отливок, и возникновению усадочных раковин, пористости и трещин.

Белый чугун получают дуплекс-процессом: сначала плавят в вагранке, а затем переливают в дуговую или индукционную печь, где осуществляются нагрев до нужной температуры и доводка расплава до заданного химического состава.

Отливки получают в песчаных формах, а также в оболочковых формах и кокилях; толщина стенок этих отливок 5…50 мм. Отливки подвергают длительному отжигу на ковкий чугун.

1.5.2. Особенности изготовления стальных отливок

Углеродистые литейные стали содержат 0,12…0,6 %, углерода.

Литейные свойства стали хуже, чем у чугуна и других литейных сплавов (усадка доходит до 2,5 %). При этом низкоуглеродистые стали имеют склонность к образованию горячих трещин при повышенных температурах разливки. В высокоуглеродистых сталях возникают внутренние напряжения из-за меньшей пластичности и теплопроводности.

Стали плавятся в дуговых и индукционных печах. Часто применяется плавка стали в плазменных печах, что приводит к лучшему растворению легирующих добавок из отходов легированных сталей, уменьшению загрязнения окружающей среды и лучшим условиям труда.

Стальные отливки массой в несколько граммов и десятков тонн с толщиной стенки 1…300 мм получают в песчаных формах и другими способами. Они подвергаются последующей термической обработке (отжигу или нормализации) для снятия литейных напряжений и улучшения структуры.

Из углеродистых сталей получают отливки для корпусов и станин, зубчатых колес, прокатных валков.

Применяют и легированные литейные стали: 15Х25ТЛ, 09Х16Н4БЛ, 08Х17634В5Т3Ю2Л, 12Х18Н9ТЛ и др., которые используют для литья турбинных лопаток, клапанов арматуры и других ответственных деталей.

1.5.3. Особенности изготовления отливок из цветных металлов

В производстве применяется пять групп литейных алюминиевых сплавов. Это Al-Si, Al-Cu-Si, Al-Cu, Al-Mg и сложнолегированные сплавы. Сплавы системы Al-Si (силумины марок АЛ2, АЛ4, АЛ9) обладают наилучшими литейными свойствами, усадка составляет 0,8…1,1 %.

Выбор метода плавки цветных металлов определяется их свойствами. Алюминиевые и магниевые сплавы имеют низкие температурные интервалы плавления и обладают повышенным сродством к кислороду. Плавку алюминиевых сплавов ведут в пламенных печах, в электрических печах сопротивления, в индукционных печах.

Большую часть отливок из алюминиевых сплавов (70…80 %) получают литьем в постоянные формы (в кокиль, под давлением, под низким давлением), остальные - в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям).

Лучшими литейными магниевыми сплавами являются сплавы системы Mg-Al-Zr марок МЛ5 и МЛ6.

Магниевые литейные сплавы имеют недостаточные литейные свойства, хорошую растворимость водорода в расплаве (что приводит к охрупчиванию металла), и самовозгораются при плавке и заливке форм. Поэтому плавку магниевых сплавов ведут в тигельных электрических и индукционных печах под слоем специальных флюсов или в среде защитных газов, чтобы предотвратить возгорание сплава.

Около 40 % отливок из магниевых сплавов получают литьем
в постоянные формы (в кокиль и под давлением). Отливки также изготовляют в разовых формах (песчаных и оболочковых). Чтобы избежать возгорания при разливке, струю металла припыливают порошком серы.

Лучшими литейными свойствами среди отливок из медных сплавов обладают оловянные бронзы (усадка 1,4…1,6 %) БрОЦ4-3, Бр05Ц5С5, Бр06Ц6С2, Бр01ОФ1. Безоловянные бронзы БрАЖ9-4; БрАЖН10-4,4; БрКМц3-1, БрС30, БрБ2 имеют большую усадку (1,6…2,4 %). Латуни ЛА60-1-1, ЛЦ16К4, ЛЦ40Мц3Ж, ЛЦ23А6Ж3МЦ2 имеют удовлетворительную жидкотекучесть и сравнительно высокую усадку (1,6…2,2 %). Медные сплавы склонны к образованию усадочных раковин и пористости, а также трещин.

Плавку медных сплавов ведут в отражательных, электродуговых и индукционных печах; на воздухе, в среде защитных газов и в вакууме.

Около 80 % отливок получают литьем в разовые формы (песчаные, оболочковые, по выплавляемым моделям), остальные - в постоянные
(в кокиль, под давлением, центробежное литье).

Титановые сплавы имеют литейную усадку 1,5 % при литье в ке-рамические и 2…2,3 % - в металлические формы.

Основной литейный сплав ВТ5Л обладает хорошими механическими и литейными свойствами. Кроме того, применяются сплавы ВТ1Л, ВТ6Л, ВТ14Л и др.

Плавят титановые сплавы вследствие их высокой химической активности в вакууме, а также в атмосфере аргона или гелия. Используются вакуумно-дуговые, электронно-лучевые и плазменные печи с графитовыми тиглями или медными водоохлаждаемыми кристаллизаторами.

Из-за высокой химической активности заливка титановых сплавов в формы осуществляется в вакууме. Около 80 % отливок из титановых сплавов производят литьем в разовые высокоогнеупорные формы. Используют формовочные смеси на основе плавленого оксида алюминия (электрокорунда), магнезита, диоксидов циркония и графита. Отливки получают также в графитовых керамических формах по выплавляемым моделям и оболочковых формах. Простые отливки изготавливают литьем в металлические или графитовые кокили.