Курс лекций «Технология конструкционных материалов» Презентация 6 «Понятие

Курс лекций «Технология конструкционных материалов» Презентация 6 «Понятие литейной формы. Способы получения отливок»

В ДАННОЙ ЛЕКЦИИ РАССМОТРЕНО: • Понятие и классификация литейных форм; • Литьё в песчаные формы; • Специальные способы получения отливок. 2

ВАЖНЫМ ПОНЯТИЕМ ДЛЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЯВЛЯЕТСЯ ПОНЯТИЕ – ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА. ЭТО СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ, ОБРАЗУЮЩИХ РАБОЧУЮ ПОЛОСТЬ, ПРИ ЗАЛИВКЕ КОТОРОЙ РАСПЛАВЛЕННЫМ МЕТАЛЛОМ ФОРМИРУЕТСЯ ОТЛИВКА. 3

КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ Разовые По числу заливок Многократно используемые ЛИТЕЙНАЯ ФОРМА Песчаные По материалу Металлические и др. 4

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ЛИТЬЯ ПО ВИДУ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ Литье в разовые формы: Литье в многократно используемые формы: 1. Песчаные формы (ПФ) 1. В кокиль (К) 2. Оболочковые формы (ОФ) 2. Центробежное (Ц) 3. По выплавляемым моделям (ВМ) 3. Под давлением (ПД) 5

КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ ЛИТЬЯ ПО СТЕПЕНИ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ, РАСПРОСТРАНЕННЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК: УНИВЕРСАЛЬНОСТИ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК: ü В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ (ОФ) ü ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ (ВМ) ü В КОКИЛЬ (К) ü ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ (ЦЛ) ü ПОД ДАВЛЕНИЕМ (ПД) ЛИТЬЕ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ (ПФ) ü НЕПРЕРЫВНОЕ ЛИТЬЕ (НЛ) ü ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЕ ЛИТЬЕ (ЭШЛ) … 6

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЬЯ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ q Массовость – литье в ПФ является самым распространенным способом изготовления отливок. q Универсальность – литьем в ПФ изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн, с толщиной стенки от 3 -5 до 1000 мм и длиной до 10000 мм. q Сущность литья в ПФ заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта. 7

СХЕМА ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ В ПФ 1, 2 – Верхняя и нижняя полуформы; 7, 8 – Верхняя и нижняя опоки; 10 – стержни фиксации опок; 11 – ручки опок; 3 – литейные стержни; 5, 6, 12, 13 – элементы литниковой системы (чаша, стояк, шлакоуловитель, питатель); 4 – выпор (выход газов, контроль заполнения ЛФ); 9 – вент. канал 8

РАЗНОВИДНОСТИ ЛИТНИКОВЫХ СИСТЕМ (а – боковая; б – нижняя; в – верхняя). ЭЛЕМЕНТЫ ЛИТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ: 1 – питатель; 2 – шлакоуловитель; 3 – стояк; 4 - чаша; 6 – выпор; 7 – коллектор. 9

КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ ПРИРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИСКУСТВЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛ ПЕСОК: КВАРЦЕВЫЙ ИЛИ ЦИРКОНОВЫЙ ИЗ КРЕМНЕЗЕМА СВЯЗУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ГЛИНЫ: БЕНТОНИТОВЫЕ ИЛИ КАОЛИНОВЫЕ 10

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СМЕСЯМ 1. Прочность – способность смеси обеспечивать сохранность формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации. 2. Поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающему действию струи металла при заливке, 3. Пластичность – способность воспринимать очертание модели и сохранять полученную форму, 4. Податливость – способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава. 5. Текучесть – способность смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого ящика. 6. Термохимическая устойчивость или непригарность – способность выдерживать высокую температуру сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия. 7. Негигроскопичность – способность после сушки не поглощать влагу из воздуха. 8. Долговечность – способность сохранять свои свойства при многократном использовании. 11

КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ ПО ХАРАКТЕРУ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБЛИЦОВОЧНАЯ – используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и имеет высокие физико механические свойства. НАПОЛНИТЕЛЬНАЯ используется для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается из оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов. ЕДИНАЯ – применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве 12

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ ПОДГОТОВКА: Сушка и просеивание песка; Сушка и измельчение глины; Выбивка, разламывание, очистка и просеивание оборотной смеси. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ФОРМОВОЧНОЙ СМЕСИ включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление. Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными или горизонтальными катками. ВЫДЕРЖКА ГОТОВОЙ СМЕСИ в бункерах-отстойниках в течение 2 -5 часов, для распределения влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц. Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и подают на формовку. 13

ОСОБЕННОСТИ СТЕРЖНЕВЫХ СМЕСЕЙ q Стержневые должны иметь боле высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки. q В зависимости от способа изготовления стержней смеси разделяют: ü на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; ü жидкие самотвердеющие; ü жидкие холоднотвердеющие смеси на синтетических смолах; ü жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом. q Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5 -12 минут с последующим «выстаиванием» в бункерах. q В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках. 14

ЛИТЕЙНАЯ МОДЕЛЬ ЛИТНИКОВОЙ (ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИСТЕМЫ И ДРУГИХ ОТПЕЧАТКА ОТЛИВКИ) СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОЛОСТЕЙ МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ (ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВКИ) СТЕРЖНЕВОЙ ЯЩИК МОДЕЛЬНЫЕ ПЛИТЫ (ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ОТПЕЧАТКА СТРЕЖНЕЙ) (ФОРМИРУЮТ РАЗЪЕМ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ) 15

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ МАШИННАЯ ФОРМОВКА РУЧНАЯ ФОРМОВКА для получения одной или нескольких отливок в ü условиях опытного производства, в ремонтном Используется в массовом и серийном производстве, а также для мелких серий и отдельных отливок. По характеру уплотнения используются машины: прессовые, встряхивающие и другие. ü производстве, для крупных ü Повышается производительность труда, улучшается качество форм и отливок, снижается брак, облегчаются условия работы отливок массой 200… 300 тонн. ФОРМОВКА В КЕССОНАХ крупные отливки массой до 200 тонн ФОРМОВКА НА АВТОМАТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ ü Используется при изготовлении форм для мелких отливок из чугуна и стали в серийном и массовом производстве. ü Изготовление литейных форм осуществляется на высокопроизводительных пескодувно-прессовых автоматических линиях 16

МАШИННАЯ ФОРМОВКА (а – прессование; б – встряхиванием. ) 17

СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ( а – изготовление литейной формы; б - заливка) 18

ЗАВЕРШАЮЩИЕ ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕМ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ ОХЛАЖДЕНИЕ ВЫБИВКА ОБРУБКА ОЧИСТКА 19

ПЕРВЫЙ ВИД СПЕЦИАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ (ОФ) – процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчаносмоляных смесей. 20

СХЕМА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБОЛОЧКОВОЙ ФОРМЫ 21

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЬЯ В «ОФ» 1. Формовочную смесь приготовляют из мелкого кварцевого песка с добавлением термореактивных связующих материалов. 2. Обеспечивается высокая геометрическая точность, малая шероховатость поверхностей, снижается расход формовочных материалов 3. Высокая прочность оболочек позволяет изготавливать формы тонкостенными и снижать объем механической обработки 4. Литье в ОФ высокопроизводительный процесс. 5. Изготавливают отливки массой 0, 2 -100 кг с толщиной стенки 315 мм из всех литейных сплавов для приборов, автомобилей, металлорежущих станков. 22

ВТОРОЙ ВИД СПЕЦИАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ (ВМ) – Процесс получения отливок из расплава металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению (вытеканию) легкоплавкого материала модели (парафин, воск, стеарин, жирные кислоты) при ее предварительном нагреве. 23

СХЕМА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕМ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ а – пресс-форма; б – пресс-форма и извлекаемая модель; в – спаенный блок из 2 -100 моделей; г – обработка модельного блока в жидкой огнеупорной смеси с промежуточной посыпкой песком; д – прокаливание в печи при 850… 950 0 C 24

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЬЯ ПО «ВМ» 1. Недостатком литья по «ВМ» является сложность и длительность процесса производства отливок, применение специальной дорогой оснастки. 2. Литье по «ВМ» обеспечивает получение точных и сложных отливок из различных сплавов массой 0, 0215 кг с толщиной стенки 0, 5 -5 мм. 3. Литьем по «ВМ» изготавливают детали для приборостроительной, авиационной и другой отраслевой промышленности. Используют при литье жаропрочных труднообрабатываемых сплавов, коррозионно-стойких сталей, углеродистых сталей в массовом производстве. 25

ТРЕТИЙ ВИД СПЕЦИАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК – ЛИТЬЕ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ (КОКИЛЬ) ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ (К) – изготовление отливок из расплавленного металла в металлических формах–кокилях. 26

СХЕМА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕМ В КОКИЛЬ а – нанесение огнеупорного покрытия; б – установка стержня; в – заливка; г – раскрытие; д – извлечение отливки 1 – поддон; 2, 3 – полуформы; 4 – стержень, 5 – пульверизатор; 6 –стержень; 7 –отливка. 27

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ 1. Недостаток – высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок. 2. Достоинство – позволяет сократить расход формовочных и стержневых смесей, трудоемких операций формовки и выбивки форм, повысить точность размеров и снизить шероховатость поверхности, улучшить механические свойства. 3. Применение – в массовом и серийном производствах для изготовления отливок с толщиной стенки 3 -100 мм, массой от нескольких граммов до нескольких сотен килограммов. Этим способом получают более 40% всех отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, отливки из чугуна и стали. 28

ЧЕТВЕРТЫЙ ВИД СПЕЦИАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ (Ц). При центробежном литье сплава формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок. 29

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ЛИТЬЕМ ( «а» – с вертикальной и «б» – с горизонтальной осью вращения) 1 – эл. двигатель; 2 – изложница; 3 – желоб; 4 – ковш; 5 – отливка; 6 – кожух; 7 – ролики; 8 - стержень 30

ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНОГО ЛИТЬЯ Преимущества: • получение тонкостенных отливок из сплавов с низкой текучестью, что невозможно при других способах. • применение металлических, песчаных, оболочковых форм и форм для литья по выплавляемым моделям. • получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь – чугун, чугун – бронза). Недостатки - наличие усадочной пористости, ликватов и неметаллических включений на внутренних поверхностях; возможность появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей. Применение: • масса отливок от нескольких килограммов до 45 тонн с толщиной стенок от нескольких до 350 миллиметров. • отливки в виде тел вращения: труб, втулок, колец, подшипников качения, бандажей железнодорожных и трамвайных вагонов. • для получения отливок используют автоматические и многопозиционные карусельные машины с управлением от ЭВМ. 31

ПЯТЫЙ ВИД СПЕЦИАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ /Д/. Литьем под давлением /Д/ получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. 32

СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК «ЛПД» НА МАШИНЕ С ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ХОЛОДНОЙ КАМЕРОЙ ПРЕССОВАНИЯ (1, 3 – ПОЛУФОРМЫ; 2 – СТЕРЖЕНЬ; 4 – КАМЕРА ПРЕССОВАНИЯ; 5 – ПЛУНЖЕР; 6 - ВЫТАЛКИВАТЕЛЬ; 7 – ОТЛИВКА) 33

ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ 1. Недостатки – высокая стоимость пресс-формы и оборудования, ограниченность размеров и массы отливок, наличие воздушной пористости в массивных частях отливки. 2. Достоинства и применение: ü в массовом (крупносерийном) производствах отливок , благодаря высокой производительности процесса; ü с минимальной толщиной стенок 0, 8 мм; ü с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности, за счет тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; ü без механической обработки или с минимальными припусками. 34

КРИТЕРИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВКИ Форма и размер отливки (масса, габарит, толщ. стенки) Размер партии изготавливаемых деталей Технологические свойства материала отливки Точность геометрических форм, размеров отливки и качество поверхностного слоя 35

Технологические возможности способов изготовления литых заготовок Мин. Макс. Класс Группа толщина габаритный точности Rt, мкм сложности стенки , размер , мм размеров отливки мм Размер партии Nшт Способ изг-ия Материал отливки Масса отл. кг ПФ чугун, сталь, цветные сплавы <=25000 >=3 <=10000 6 --13 630 --80 1 --6 >=1 ОФ чугун, сталь, цветные сплавы <=150 >=2 <=1000 4 --12 160 --20 1 --5 >=200 ВМ чугун, сталь, цветные сплавы <=30 >=0. 5 <=500 3 --8 40 --10* 1 --5 >=3000 К чугун, сталь, цветные сплавы <=3000 >=3 <=2000 4 --12 80 --20 1 --4 >=300 Д цветные сплавы <=45 0. 8 --6 <=700 3 --7 20 --10** 1 --5 >=2000 36

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СЕБЕСТОИМОСТЬ ОДНОЙ ТОННЫ ОТЛИВОК ПФ ОФ К Ц ВМ Д 1 1, 5 -2, 0 1, 2 -1, 5 0, 6 -0, 7 2, 5 -3, 0 1, 8 -2, 0 37

ТЕХНОЛОГИЧНЫЕ ОТЛИВКИ ДОЛЖНЫ ИМЕТЬ: • простые контуры, облегчающие изготовление, как литейной оснастки, так и самих отливок; • конструктивные уклоны, обеспечивающие изготовление литейных форм без искажения контуров отливки формовочными уклонами и увеличения ее массы; • плавные переходы и сопряжения, ребра жесткости и другие конструктивные элементы, способствующие снижению внутренних напряжений и устранению дефектов в отливках (коробление, трещины ); • достаточное число окон и отверстий для удобства оформления стержнями внутренних полостей, выполнения обрубных и зачистных операций и транспортировки; • толщину стенок, обеспечивающих необходимую прочность конструкции, а также возможность заполнения формы металлом без образования дефектов по недоливам и спаям. 38