Литье по выпловляемым моделям

Производство стали

Основной способ получения стали — конвертерные электрические печи и в небольших количествах мартеновские печи. Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пла­менной регенеративной печью (рис. 1.3). Рабочее плавильное пространство печи 4 снизу ограничено подом 7, сверху сводом 3, с боков передней и зад­ней стенкой. Шихта загружается со стороны рабочей площадки через окна 9. К плавильному пространству примыкают головки 1 и 5 (правая и ле­вая) печи.

Конвертерное производство. Конвертер (рис. 1.5) футерован изнутри 1 термостойким, смолодоломитовым, смолодоломитомагнезитовым или магнезигохромитовым кирпичом. В верхней, шлемной части конвертера расположена горлови­на, через которую в конвертер загружают шихтуЭлектродуговая печь. Печь имеет стальной сварной кожух 3. Кожух изнутри футерован тепло­изоляционным и огнеупорным кирпичом 1. Подина /2 набивается огне­упорной массой. Плавильное пространство ограничено стенками 5, поди­ной 12 и сводом 6, изготовленным из огнеупорного кирпича и имеющим отверстия для прохода электродов. Современные дуговые печи имеют поворотный свод, что позволяет загружать шихту практически в один прием. В стенках печи имеется рабочее окно 10 для управления ходом плавки и летка для выпуска готовой стали по желобу 2 в ковш. Поворот­ным механизмом 11 печь может наклоняться в сторону летки. Вмести­мость дуговых электропечей в металлургии — 6...800 т.Индукционная тигельная сталеплавильная печь состоит из ог­неупорного тигля 4, вокруг которого находится водоохлаждаемая индуц. ционная обмотка 3. При прохождении по обмотке тока высокой частоту (500... 1000 кГц) возникает переменный магнитный поток, который, прони­зывая металлошихту, наводит в ней вихревые токи (Фуко), интенсивно нагревающие металл 1. Тигель изготавливается из огнеупорных материа­лов. Вместимость тигля — 25...60 т. Для уменьшения потерь теплоты при плавке можно применять съемный свод.

3. Формовочные смеси. Формовочные материалы — совокупность природных и искусст­венных материалов, применяемых для изготовления разовых песчанно-глинистых и некоторых других литейных форм. Они разделяют­ся на исходные формовочные материалы, формовочные и стержневые смеси. Исходные формовочные материалы часто называют первичными и подразделяют на основные (пески и глины) и вспомогательные (моло­тый уголь, древесные опилки, торф, графит и др.). Для формовочных смесей взамен кварцевого песка применяют цирконовый песок (Zr0₂ Si0₂, Г _л =2000 °С), хромит (хромистый железняк Fe₂0₃ Cr₂0₃, Т = 1850 °С), которые превосходят кварцевый песок по термохимичес­кой устойчивости, но они более дороги и поэтому используются в особо ответственных случаях.Глины, являясь связующим, обеспечивают прочность и пластичность формовочных смесей.Механические, технологические и физические свойства формовоч­ных и стержневых смесей определяют качество литейных форм и стер­жней, а в конечном счете и качество отливок. К механическим свой­ствам относятся прочность, поверхностная прочность, пластичность, податливость.

Прочность— способность смеси обеспечить сохранность литейной формы (стержня) при ее изготовлении и использовании. Поверхностная прочность (осыпаемость) — сопротивление истираю­щему действию струи металла при его заливке. Пластичность— способность формовочной смеси воспроизводить и сохранять полость в литейной форме (стержневом ящике) соответ­ствующего размера и конфигурации. Податливость— способность формы и стержня деформироваться в объеме при усадке отливки.

Модельный комплект

Модельный комплект — это часть литейной ос­настки, состоящая из технологических приспособлений, необходимых для получения в форме контуров отливки.

Процесс получения отливки начинается в модельном цеху или отде­лении, где по чертежам модельно-литейной разработки изготавливает­ся модельный комплект.

Состав модельного комплекта зависит от способа изготовления форм (ручной, машинный), а также сложности получаемых отливок. При ручной формовке в него входят: модель, подмодельный щиток и стержневые ящики, а при машинной формовке —две модельные плиты (или одна двусторонняя) и стержневые ящики количество стержневых ящиков зависит от сложности получаемых отливок. Кроме того, в модельные комплекты могут входить модели элементов литниковых систем и систем питания отливок, а также формовочные, стержневые и контрольные шаблоны, кондукторы. Модель — приспособление, с помощью которого в форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации наружной поверхности от­ливки. Модели изготовляют из дерева, но не из цельного куска, а склеенного заготовки. Стержни изготавливают в стержневых ящиках.

Машинная формовка.

Песчано-глинистая формовочная смесь, внутри которой образуется полость для заливки металла, приобретает необходимую прочность в результате уплотнения. Для этого предназначены формовочные маши­ны. Кроме того, при машинной формовке механизируется операция удаления модели из формы. Машинная формовка позволяет получать отливки с более точными и стабильными размерами, уменьшает брак.В современных формовочных машинах применяют различные способы уплотнения смеси. Основными способами считают встряхивание, прес­сование, прессовстряхивание, пескометный, пескодувный (пескострельный). Уплотнение смеси при встряхивании осуществляют за счет энергии удара. Встряхивание не отличается высокой производительностью, со­провождается шумом, но позволяет изготавливать формы больших га­баритов, высоты, а также формы для сложных отливок с высокими реб­рами и глубокими «карманами». Встряхивание осуществляют впуском сжатого воздуха в нижнюю полость цилиндра. При этом встряхивающий поршень поднимается в верх. Прессование -более высокая производительность, бесшумность.При пескометном способе применяются пескометы для уплотнения смеси. Методы машинной формовки развиваются.

10. Заливка металла. Заливка форм металлом непосредственно из печи не производится.Обычно металл выдается в ковши, из которых расплавленный металл заливается в литниковую чашу формы. Разливомный ковш представляет собой стальной футерованный внутри высокоогнеупорным материалом сосуд, предназначенный для транспортировки и заливки расплава в форму. Ковши изготавливают из листовой стали, а изнутри футеруют глинистой массой или шамот­ным кирпичом. Литниковая система-система каналов, служащая для заливки расплава в форму, задержания шлака и подпитки полости литейной формы жидким металлом. Состоит: литниковая чаша, стояк, шлакоуловитель, питатели. К питающим элементам литниковой системы относятся: выпоры, прибыли, питающие бобыщки..

15. Литье в кокиль.Литье в кокили применяют в условиях массового и крупносерийного производства для несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок 3...100 мм и массой до 5 т из чугуна, стали и цветных сплавов. Кокиль — постоянная металлическая форма, многократно используемая для получения отливок простой или сложной формы из различных спла­вов. Жидкий металл заполняет рабочую полость формы под действием гравитационных сил. Технологический процесс изготовления отливок в кокили состоит из следующих операций:

1.подготовка кокилей (очистка, нанесение противопригарных кра­сок и облицовки);

2.сборка и установка кокиля (установка стержней, закрытие, под­ключение охлаждения);

3.предварительный подогрев;

4.заливка и охлаждение формы;

5.удаление отливок после охлаждения;

6.обрубка, очистка.

Преимущества литья в кокиль перед литьем в песчано-глинистые формы:

1) кокиль используется многократно;

2) возможно существенное уменьшение припусков на механическую обработку за счет повышения точности размеров отливок и снижения шероховатости поверхности литой детали. Размеры отливок достигают 5-го класса точности, а шероховатость поверхностей R — 10...80 мкм;

3) можно получать отливки с повышенными физико-механическими свойствами;

4)увеличивается выход годного литья;

5)стоимость отливок снижается на 25 %;

6)трудоемкость уменьшается на 60 %;

Недостатки литья в кокиль:

1 . высокая трудоемкость изготовления кокилей;

2. ограниченная стойкость. Например, число заливок при получении мелких отливок из серого чугуна составляет в среднем 1000...8000 шт., средних - 1000...3000, крупных - 200... 1000 шт.;

3. отсутствие податливости формы, что создает возможность появ­ления в отливках усадочных напряжений, деформаций и трещин;

4. трудность получения сложных по конфигурации отливок.

Центробежное литье

Центробежным литьем называется заливка расплавленного металла во вращающуюся форму, в которой под действием центробежных сил формируется отливка. Центробежное литье осуществляется на специ­альных машинах. Расплав, дозировано заливаемый в специальную фор­му, вращающуюся со скоростью 150...3000 мин¹, центробежными сила­ми плотно прижимается к внутренним стенкам формы и воспринимает ее конфигурацию. Форма вращается до тех пор, пока расплав не затвер­деет. Ось вращения может быть вертикальной (рис. 4.3, а), гори­зонтальной (рис. 4.3, б) и реже наклонной. Наиболее распространены машины с горизонтальной и вертикальной осями вращения. Методом центробежного литья, как правило, получают отливки, представляю­щие собой тела вращения (втулки, трубы, диски). К центробежному литью от­носится также способ центрифугирования .

Преимущества центробежного литья:

1) получение внутренних полостей без применения стержней;

2) экономия металла за счет отсутствия литниковой системы;

3) возможность получения двухслойных заготовок путем поочеред­ной заливки различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т. д.);

4) металл отливки получается плотным, мелкокристаллического строения, с высокими механическими свойствами;

5) возможна автоматизация процесса.

Недостатки центробежного литья:

1. возможность возникновения ликвации;

2. необходимость больших припусков под механическую обработку: наружных поверхностей — 1,5...2,5 мм, внутренних — 2,5...3,5 мм;

3. ограничения по сложности конфигурации отливок;

4. невозможность получения отверстий, оси которых не совпадают с осью вращения;

5. необходимость точного дозирования металла.

Серийно выпускаются полуавтоматические и автоматические центробежные машины.

Литье под давлением

При литье под давлением металлическая форма (пресс-форма) напол­няется под давлением жидким металлом. Давление передается на рас­плав сжатым воздухом (газом) или поршнем и обеспечивает хорошую заполняемость формы и высокую точность размеров с высокой чистотой поверхности. Литье под давлением целесообразно применять в массовом и крупносерийном про­изводстве сложных отливок из алюминиевых, медных, цинковых и других сплавов цветных металлов массой до 50 кг с разнообразной конфигу­рацией при наличии тонких стенок (толщиной от 1 мм и более), литых отверстий диаметром не менее 1 мм, а также литой резьбы. Если размеры поверхности не обеспечивают работоспособности детали, то назначается механическая обработка, припуск на которую не превышает 0,8 мм. При литье под давлением можно получить отливки 4...5-х классов точности. Схема литья под давлением в машине с вертикальной камерой предс­тавлена на рис. 4.4. Дозированный расплав, полученный вне машины прессования, заливают в прессовый цилиндр 1 (рис. 4.4, а). Верхний поршень 2, опускаясь, давит на порцию расплава, который передает дав­ление на нижний поршень.?. Поршень, передвигаясь, открывает литни­ковый канал, и расплав заполняет полость формы (рис. 4.4, б). После затвердевания полуформа отходит в сторону (рис. 4.4, в), нижний пор­шень выталкивает излишек металла (пресс-остаток) 5 из камеры прес­сования, а толкатели 6 выталкивают отливку вместе с литником.

Основные преимущества литья под давлением:

1. применение металлических форм исключает использование формовочных и стержневых смесей;

2. достижение высокой точности размеров отливки с минимальной шероховатостью поверхностей;

3. возможность получения отливок с малой толщиной стенок и мини­мальным размером отверстий;

4. высокая производительность метода (200...400 отливок в час).

К недостаткам литья под давлением следует отнести:

1. высокую стоимость пресс-форм;

2. возможность образования газовой пористости и подкорковых ра­ковин в массивных местах отливок, что является следствием недоста­точной вентиляции формы, большой скорости прессования расплава и других причин;

3. ограничение типоразмеров отливок по массе и габаритам;

4. ограничение номенклатуры применяемых сплавов.

Литье по выпловляемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям осуществляется с применением неразъемных форм, которые получают с использованием разовых вып­лавляемых моделей, изготавливаемых из смеси легкоплавких материа­лов. После изготовления формы модель из ее полости удаляется путем выплавления модельного материала.

Литье по выплавляемым моделям применяется при производстве от­ливок сложной конфигурации, требующих многооперационной механи­ческой обработки (лопатки газовых турбин, фрезы и др.).В качестве легкоплавких компонентов для изготовления моделей обычно используют парафин, церезин, стеарин, буроугольный и торфя­ной воск и другие вещества, плавящиеся при температуре 50...90 'С. Технология получения отливок по выплавляемым моделям включает

следующие основные этапы:

1) изготовление модели (рис. 4.5, а, б);

2) сборка модельного блока (рис. 4.5, в);

3) изготовление корковой формы (рис. 4.5, г);

4) изготовление неразъемной литейной формы (рис. 4.5, д);

5) заливка формы;

6) извлечение отливки, ее обрезка и очистка.

Технологический процесс литья состоит из следующих основных операций:

1) производство модели:

а) изготовление пресс-форм из стали или алюминиевых сплавов;

б) приготовление модельного состава;

в) изготовление моделей детали и литниковой системы;

2) монтаж модельного блока:

а) сборка на металлической оправке литниковой чаши и звеньев лег­коплавких моделей;

б) закрытие дна стояка;

3) изготовление корковой формы:

а) чаще всего огнеупорную обмазку наносят многократным окунаний ем с просушкой на воздухе каждого слоя. Суспензия для окунания мо­жет состоять из смеси пылевидного кварцевого песка с раствором этил- силиката. После каждого окунания модельный блок обсыпается сухим кварцевым песком;

б) модельный состав выплавляется из корковой формы при температу­ре 80...85 °С горячим воздухом, горячей водой или паром в специальных камерах. В результате получают керамические корковые формы (рис. 4.5, г; рис. 4.6).

4) изготовление неразъемной литейной формы:

а) готовую корковую форму (рис. 4.5, д) помещают в специальные опоки и засыпают кварцевым песком;

б) в специальных печах формы отжигают при температуре 900...950 °С;

5) сразу после обжига осуществляют заливку формы. В некоторых случаях заливку производят методом центробежного литья;

6) после остывания отливки извлекают, производят обрубку и очист­ку (остатки огнеупорного покрытия удаляют путем выщелачивания в специальных ваннах). Недостатки: многооперационность и длительность процесса. Высокая стоимость этилсиликата.

Литье в оболочковые формы

При заливке расплава в песчано-глинистую литейную форму только верхние ее слои участвуют в физико-химическом взаимодействии с расплавленным металлом При этом вследствие небольшой прочности смесиее толщина во много раз превышает толщину прогреваемого слоя. Проблему уменьшения потребности в формовочных материалах при из­готовлении литейных песчано-глинистых форм частично удалось раз­решить путем создания прочной оболочковой формы, с толщиной сте­нок 15 мм.

Оболочковые формы представляют собой две скрепленные тонко- стенные рельефные полуформы Такие формы изготавливают из песчанно-смоляной смеси, состоящей из мелкого кварцевого песка и фенольно-формальдегидной порошкообразной термореактивной смолы (пульвербакелита ), которую используют в качестве связующего.

Технологический процесс изготовления оболочковых форм состоит изследующих операций: приготовление смеси, подготовка модельной плиты, формирование корки, сборки и заливка формы. Существуют два способаполучения оболочки: свободной засыпки и пескодувный.

Последовательность получения оболочки способом свободной за­сыпки такая (рис. 4.9):

1.очистка металлической модельной плиты /и покрытие ее из пульверизатора термостойким разделительным составом;

2.нагревмодельной плиты в электрической печи или иным способом до температуры220 .250

3.установка и закрепление нагретой модельной плиты на поворотном бункере, содержащем песчано-смоляную смесь;

4.формирование оболочки при повороте бункера с моделью на 180° и на­несение песчано-смоляной смеси на нагретую модельную плиту (рис. 4.9, б);

5.возврат бункера с модельной плитой в исходное положение, удале­ние излишней песчано-смоляной смеси с модельной плиты (рис. 4.9, в);

6.поворот модельной плиты на 180° и ее установка в электрическую печь для окончательной полимеризации оболочки 2 при 300...350 °С в течение 90...180 с) (рис. 4.9, г);

7.снятие оболочки с модельной плиты с помощью толкателей 3 и толкательной плиты (рис. 4.9, Э);

8.оболочковыеформы при изготовлении методом свободной засып­ки имеютпредел прочности при растяжении 200...250 МПа (рис. 4.9, е).

При ис­пользовании этого способа достигается снижение величины припусков примерно в 2 раза, уменьшается расход формовочных материалов до 0.5...1 т на 1 т отливок, уменьшается потребность в транспортных сред­ств. Преимущества литья в оболочковые формы наиболее проявля­ются вусловиях крупносерийного и массового производства, создаю­щих условияширокого применения механизации и автоматизации. не­достатков: ограниченность номенклатуры отливок по массе, необходи­мость усиленной вентиляции, вызванной выделением до 5,5 % фенола призаливке и спекании корок, дефицитность и дороговизна пульвербакелита.

Непрерывное литье

Непрерывное литьепроцесс получения отливок большой протяжен­ности перемещением затвердевающего металла по отношению к постоянной зоне кристаллизации. Устройство, в котором происходит формиро­вание затвердевающей заготовки, называют кристаллизатором Кристаллизатор выполняется из металла или композиционного материала на основе графита и в процессе работы охлаждается водой. В начале процесса кристаллизатор закрывается затравкой 4. Существуют различные схемы конструкций кристаллизаторов (рис.4.10, а, б, в). Валки 2 способствуют перемещению застывшей части отливки Мер­ные заготовки получают с помощью пил различной конструкции или газовой резкой. Благодаря подпитке расплавом и направленной крис­таллизации, отливки отличаются высокой плотностью металла, малой ликвационной неоднородностью, значительным уменьшением неметал­лических и газовых включений, чистой поверхности и высокой точ­ностью размеров.

Этот вид литья применяется для получения профилированных отли­вок из стали, чугуна, медных и алюминиевых сплавов. Это могут быть трубы (рис.4.10, а) или квадрат, шестигранник и другие профили про­стой геометрической формы.