ЛЕКЦИЯ 4, 5 Технологии заготовительного производства Виды

ЛЕКЦИЯ 4, 5 Технологии заготовительного производства

Виды получения заготовок 1. Литье 2. Обработка давлением 3. Прокатка 4. Сварные и комбинированные 5. Порошковая металлургия

Отливки

Основные литейные свойства сплавов • Жидкотекучесть - способность расплава свободно течь в литейной форме, заполняя все ее полости. • Усадка - свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при затвердевании и охлаждении. Небольшую линейную усадку имеет серый чугун (0, 8 -1, 2 %), некоторые литейные алюминиевые сплавы (0, 9 -1, 3 %). У стали линейная усадка достигает 1, 8 -2, 2 %. Объемная усадка примерно в три раза больше линейной. • Ликвация - химическая неоднородность затвердевшего сплава. • Склонность к поглощению газов. В расплавленном сплаве всегда находятся в растворенном состоянии газы - водород, азот и др. При затвердевании и последующем охлаждении растворимость газов уменьшается, и в результате их выделения в теле отливки могут образоваться газовые раковины и поры. • Растворимость газов. Для уменьшения газонасыщенности сплавов применяют плавку в вакууме или в среде инертных газов, а также дегазацию вакуумированием в специальных камерах.

Способы получения отливок Известно множество способов литья: • в песчаные формы (ручная или машинная формовка); • в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы); • в оболочковые формы; • по выплавляемым моделям; • центробежное литье; • в кокиль; • литьё под давлением; • по газифицируемым моделям; • по выжигаемым моделям; • вакуумное литьё; • электрошлаковое литьё; • литьё намораживанием.

Литье в песчаные формы Доля отливок получается литьем в песчаные формы - более 60 %. Схема технологического процесса литья втулки в песчаные формы 1 - деталь, 2, 3 – разьемная модель 4 - стержень, 5, 6 –опоки, 7 -литниковая система, 8 - выпор, 9 –готовая отливка Форма состоит из двух полуформ, полученных набивкой (уплотнением) формовочной смеси в металлические рамки - опоки 5 и 6. Для изготовления верхней и нижней полуформ используют разъемную модель 2. Отверстие в отливке получают с помощью стержня 4, отдельно изготовленного из стержневой смеси. При сборке формы стержень устанавливают в углубления (гнезда), образованные в форме формовочными знаками 3 модели. Преимуществом является универсальность способа. Получают отливки любой конфигурации, из любых металлов и любой массы. Формовочные материалы недефицитны и дешевы. Недостатки способа: грубая поверхность отливки, большой припуск на механическую обработку, большой расход металла на литники, очень низкие санитарно-гигиенические условия труда.

Литьё в оболочковые формы Процесс получения фасонных отливок из расплавленного металла в формах, изготовленных по горячей модельной оснастке из специальных песчанно- смоляных смесей (мелкий кварцевый песок и фенолоформальдегидной смолы). Металлическую модельную плиту с моделью нагревают в печи до 300 °C (б). Плиту закрепляют на опрокидывающемся бункере с формовочной смесью и поворачивают на 180 °C(в). Формовочную смесь выдерживают на плите 10— 30 сек(г). Под действием теплоты термореактивная смола расплавляется, склеивает песчинки и отвердевает с образованием оболочки, толщиной 5… 15 мм (д). Бункер возвращается в исходное положение, излишки формовочной смеси осыпаются с оболочки. Модельная плита снимается с бункера и прокаливается в печи при температуре до 300… 350 °C(е). При этом смола переходит в твердое необратимое состояние. Оболочка снимается с модели с помощью выталкивателей(ж). Аналогично получают вторую полуформу.

Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью и для соблюдения температурного режима охлаждающейся отливки. Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Центробежное литье При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения: втулки, венцы червячных колёс, барабаны для бумагоделательных машин, роторы электродвигателей. Преимущества: высокая износостойкость и плотность металла, отсутствие раковин и неметаллических и шлаковых включений Недостатки: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Литье в кокиль Литьё в кокиль Способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. Заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без внешнего воздействия на жидкий металл, под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200— 300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, установка стержней, смыкание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава в форме ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, с высокими физико -механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

Литьё под давлением Получают отливки в металлических формах, при этом заливку металла в форму и формование отливки осуществляют под давлением 40… 100 МПа в специальных машинах с холодной или горячей камерой прессования Внутреннюю полость в отливке получают стержнями. На машинах с горячей камерой прессования расположена в обогреваемом тигле с расплавленным металлом. Температура заливки сплава выбирается на 10… 20 °C. Этим способом получают отливки из цветных металлов от нескольких грамм до 45 кг. в условиях массового и крупносерийного производств с минимальной толщиной стенки до 0, 6 мм, а также литые резьбовые профили. Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным. Минимальные припуски на механическую обработку или не требующие ее, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ± 0, 075 мм на сторону. Недостатки: высокая стоимость пресс-формы и оборудования, ограниченность габаритных размеров и массы отливок, наличие воздушной пористости в массивных частях отливок

Литье по выплавляемым моделям Процесс получения отливок из расплавленного металла в формах, рабочая полость которых образуется благодаря удалению легкоплавкого материала модели при ее нагревании. Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах из модельных составов, включающих парафин, воск, стеарин, жирные кислоты. Состав хорошо заполняет полость пресс-формы, дает четкий отпечаток. После затвердевания модельного состава пресс-форму раскрывают и оттуда извлекают модель. Затем модели собираются в модельные блоки с общей литниковой системой припаиванием, приклеиванием или механическим креплением. В один блок объединяют 2. . . 100 моделей. Формы изготавливают многократным погружением модельного блока 3 в специальную жидкую огнеупорную смесь, налитую в емкость. Огнеупорная смесь состоит из наполнителя и связующего. В качестве наполнителя используется огнеупорные материалы - пылевидный кварц, тонко измельченный шамот, электрокорунд. В качестве связующего материала используется этилсиликат, жидкое стекло и др. После стекания с моделей излишков смеси их обсыпают огнеупорным материалом (например, кварцевым песком). Затем модельные блоки сушат на воздухе 2 - 2, 5 часа или в среде аммиака 20 -40 мин. Обычно наносят 4. . . 12 слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Модели из форм удаляют, нагревая их в печи или погружая в горячую воду. После удаления модельного состава тонкостенные литейные формы устанавливают в опоку, для большей устойчивости укрепляют песком или дробью, затем прокаливают в печи в течение 6. . . 8 часов при температуре 850. . . 950 о. С для удаления остатков модельного состава, испарения воды и увеличения прочности формы. Заливку форм по выплавляемым моделям производят сразу же после прокалки в нагретом состоянии. После затвердевания залитого металла и охлаждения отливок форма разрушается, отливки отделяют от литников механическими методами, направляют на химическую очистку, промывают и подвергают термической обработке. Применение способа обеспечивает возможность изготовления из любых литейных сплавов фасонных отливок, в том числе тонкостенных и сложных по конфигурации, с шероховатостью поверхности от Rz 20 мкм до Ra 1, 25 мкм и повышенной точностью размеров (до 8 -10 квалитетов. С помощью этого способа получают отливки, максимально приближенные по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев, не нуждающихся в обработке резанием. В результате значительно снижаются трудоемкость и стоимость изготовления изделий, сокращаются расход металла и инструмента. Недостатком способа является низкая производительность. Литьем по выплавляемым моделям изготавливают детали для приборостроительной, авиационной и другой отраслевой промышленности. Используют при литье жаропрочных труднообрабатываемых сплавов (лопатки турбин), коррозионно-стойких сталей, углеродистых сталей в массовом производстве (автомобильная промышленность).

Метод жидкой прокатки Применяют для изготовления ленты, полосы, листа из цветных сплавов. Установки по принципу работы напоминают прокатный стан . Жидкий металл из ковша наливают в приемник, из которого он поступает на поверхность охлаждаемых изнутри водой валков, вращающихся навстречу другу. Металл в пластическом состоянии выжимается в зазор между валками. Ленты изготавливают шириной 750 мм и толщиной 0, 7… 2, 5, со скоростью непрерывного литья 0, 5… 1, 5 м/с, с общей производительностью 12 т/час. , минуя прокатку слитков.

Жидкая штамповка Способ сочетает процессы литья и обработки металлов давлениемиз медных и алюминиевых сплавов. Процесс основан на затвердевании расплавленного металла под давлением в штампе пресса. Штамп предварительно подогревают, и в нижнюю его часть заливают строго дозированную порцию металла. Давление поддерживают до полного затвердевания металла, это обеспечивает высокую плотность изделий, а высокая скорость теплоотдачи способствует образованию мелкозернистой структуры. Отсутствует литниковая система, уклоны формы штампа минимальные.

Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1, 5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1, 5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 к. Па, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения — отливки массой 0, 1— 2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40— 1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др. На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов: кварцевого песка — 50 кг, противопригарного покрытия — 25 кг, пенополистирола — 6 кг, плёнки полиэтиленовой — 10 кв. м.

Изготовление отливок электрошлаковым литьем Процесс заключается в переплаве расходуемого электрода в водоохлаждаемой металлической форме- кристализаторе. Операции расплава металла, его заливка и выдержка отливки в форме совмещены по месту и времени. В качестве электрода используется прокат. В катализатор 6 заливают расплавленный шлак 4 - фторид кальция или смесь на его основе, обладающий высоким электросопротивлением. При пропускании тока через электрод 7 и затравку 1 выделяется значительное количество теплоты и шлаковые ванны нагревается до 1700 градусов, происходит оплавление электрода. Капли расплавленного металла проходят через расплавленный шлак и образуют под ним металлическую ванну 3. В водоохлаждаемой форме она затвердевает последовательно, образуя плотную, без усадочных дефектов, отливку 2. Внутренняя полость образуется металлической вставкой 5. Шлак способствует удалению кислорода, снижению серы и неметаллических включений. Отливки массой до 300 т (корпуса клапанов и задвижек атомных и тепловых электростанций, корпуса сосудов сверхвысокого давления, роторы турбогенераторов) получают с высокими механическими и эксплуатационными свойствами.

Установка для литья под низким давлением

Относительная удельная стоимость отливок Метод изготовления отливки Литье в песчаные формы при ручной формовке Литье в песчаные формы при машинной формовке Литье в оболочковые формы Точное литье в разовые формы Литье в неметаллические многократные формы Литье в кокиль Литье под давлением Центробежное литье Относительная удельная стоимость 1, 0 0, 8… 0, 9 3, 0… 3, 4 6, 8… 7, 0 3, 2… 3, 6 4, 0… 4, 5… 4, 8 3, 5… 4, 0