Погрешности как результат действия внутренних напряжений
При силовом воздействии инструмента на заготовку происходит пластическое деформирование поверхностного слоя, местный нагрев, что приводит к появлению внутренних напряжений определённого знака и величины в зависимости от условий обработки. С течением времени эти напряжения релаксируются (изменяются), могут даже измениться по знаку, что приводит к изменению взаимного расположения отдельных поверхностей детали. Особенно это характерно для тонкостенных ажурных конструкций.
МЕТОДЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ
Получение заготовок методами литья
Экономическая целесообразность широкого использования отливок в качестве заготовок объясняется тем, что литьё позволяет приблизить форму и размеры заготовки к форме и размерам детали. Это сопровождается экономией материала, снижением трудоёмкости изготовления детали, уменьшением количества энергетики, оборудования и т.д.
Литейные свойства сплавов
Отливки можно получить только из сплавов, обладающих определёнными литейными свойствами. К ним относятся:
1. Высокая жидкотекучесть;
2. Малая усадка;
3. Небольшая склонность к образованию литейных напряжений, образованию газовых раковин, и пористости отливок;
4. Незначительная ликвация и мелкокристаллическое строение.
Жидкотекучесть – это способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить контуры её полостей. Она определяется химическим составом сплава и технологическими параметрами процесса, то есть температурой заливки, скоростью охлаждения и т.д.
У конструкционной стали и чугуна, жидкотекучесть уменьшается с увеличением содержания серы и возрастает с увеличением содержания фосфора и кремния.
При сравнительной оценке по величине жидкотекучести все сплавы можно разделить на 3 группы: с высокой, средней и пониженной жидкотекучестью. К 1й группе относятся алюминиевые сплавы, содержащие кремний, безоловянные бронзы и т.д., ко 2й группе можно отнести сплавы алюминия с медью и магнием. Магниевые сплавы имеют пониженную жидкотекучесть.
Усадка. Под усадкой понимают изменение (уменьшение) линейных размеров и объёма жидкого сплава в форме при охлаждении.
Различают объёмную усадку (yо) и линейную усадку (yл):
 |
При охлаждении отливок, выступающие части формы, стержни препятствуют свободной усадке, поэтому на практике пользуются значениями литейной усадки. Так, например, литейная усадка низколегированных и низкоуглеродистых сталей составляет 1,8¸2%, при линейной, равной 2¸24%.
Величина усадки зависит от химического состава сплава. В алюминиевых сплавах усадка повышается с увеличением содержания меди и магния и понижается с увеличением содержания кремния.
Для компенсации усадки, её необходимо учитывать при проектировании размеров литейной формы.
Затвердевание некоторых сплавов в форме может сопровождаться образованием усадочных полостей и раковин. Для предупреждения этого необходимо обеспечивать достаточное питание отливки путём повышения сечения питателей литниковой системы.
Из-за наличия в рабочей полости литейной формы выступов, ограничивающих свободную усадку, в отливке могут образоваться усадочные напряжения. Кроме того, за счёт разницы толщины отельных участков отливки, температурное изменение по её объёму происходит неравномерно, что является причиной появления внутренних температурных напряжений. Помимо этого, вследствие разности объёмов отдельных структурных образований металла, на их границах при охлаждении могут появиться межкристаллические напряжения. В совокупности, все эти напряжения могут служить причиной появления трещин в отливке.
Для снижения внутренних напряжений, предусматривают равномерность сечения отливки без резких переходов, а также последующую термообработку.
Расплавленный металл поглощает из окружающего пространства водород, кислород и другие газы. При этом, чем выше температура сплава, тем интенсивнее происходит газопоглощение. Избыточность газов может привести к появлению газовых полостей и пористости отливки. Для уменьшения газопоглощения, плавку ведут под слоем флюса в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных материалов. Целесообразно увеличивать газопроницаемость литейных форм, снижать влажность формовочных смесей.
При затвердевании происходит выравнивание химического состава по объёму отливки. Этот процесс происходит медленно, поэтому в отдельных частях отливки может наблюдаться химическая неоднородность, называемая ликвацией. Ликвация уменьшается с понижением температуры и скорости заливки, а также при ускорении затвердевания.
Структура (строение) сплавов оказывает существенное влияние на их свойства. Предпочтительной является мелкокристаллическая структура. Уменьшение размеров зёрен достигается понижением температуры и скорости заливки, а особенно повышением скорости затвердевания сплавов.
 |
Технологический процесс получения отливок
1. 
Изготовление модели;
2. Изготовление литейной формы и стержней;
3. Расплавление исходного материала;
4. Заливка;
5. 
Извлечение отливки;
6. Очистка;
7. Обрубка;
8. Зачистка;
9. Термообработка.
Сущность литейного производства заключается в получении отливок путём заливки расплавленного металла в литейную форму. Технологический процесс состоит из нескольких, последовательно выполняемых операций. Перечисленные операции в той или иной степени имеют место во всех методах получения отливок. Конкретное содержание ТП определяется методом литья, который выбирается исходя из требований качества отливки, типа производства, а также заданной производительности и себестоимости. Представленная схема полностью соответствует методу получения отливок в песчано-глинястых формах.
Модель служит для получения отпечатка наружных поверхностей отливки в литейной форме. По конструктивному оформлению, модели могут быть разъёмными и неразъёмными. Различают разовые модели (из легкоплавких материалов, например, парафина), предназначенные для получения одной отливки и многоразовые (из дерева, гипса, цемента, металла), для получения десятков и сотен тысяч отливок. Стержни – это отдельные части литейной формы, предназначенные для образования в отливках внутренних полостей, отверстий, а также отдельных элементов наружных поверхностей, которые трудно получить в форме по модели.
1. Опорная плита;
2. Верхняя опока;
3. Нижняя опока;
4. Центрирующие штыри;
5. Формовочная смесь;
6. Стержень;
7. Отпечаток модели;
8. Выпор;
9. Литниковая чаша;
10. Литниковый стояк;
11. Шлакоуловитель;
12. Питатель;
13. Проколы.
Литниковая система (9,10,11,12) предназначена для подвода металла в рабочую область формы и питание отливки для компенсации усадки, предотвращения разрушения формы, попадания шлака и воздуха со струёй расплава.
Выпор предназначен для обеспечения полного заполнения формы расплавом: вытеснения газов из рабочей полости и контроля заполнения формы.
Опока представляет собой деревянный ящик, который заполняют рабочей смесью (глина+песок). В ней получают отпечатки верхней и нижней половин модели. Для сохранения отпечатка после её извлечения, смесь утрамбовывают.
Соединение отпечатков осуществляется с помощью центрирующих штырей. Одновременно с моделью отливки заформовывается модель литниковой системы. Соединив опоки, осуществляют заливку расплава. После отвердевания, отливку с литниковой системой извлекают, разрушая литейную форму.
Очистка отливки предполагает удаление с её поверхности остатков формовочной смеси. Её производят в галтовочных барабанах, на виброабразивных установках, дробемётом или пескоструем.
Обрубка предусматривает отделение от отливки литниковой системы и выпоров. Её производят с помощью ленточных и дисковых пил или анодно-механической обработкой. Далее производят зачистку, то есть удаление следов литниковой системы и выпоров после обрубки.
Термообработку отливок производят при температуре ниже температуры рекристаллизации в целях снятия внутренних напряжений в металле, стабилизации формы и размеров отливки.