Технология получения отливок, летниковые системы

Введение

Технология получения отливок в облицованных кокилях сочетает в себе преимущества кокильного литья и литья в оболочковые формы. По сравнению с литьем в чистый (необлицованный) кокиль литье в облицованный кокиль имеет следующие преимущества: повышенную стойкость кокилей (до 30000 заливов), исключение из технологического процесса операций отжига отливок, упрощенную конструкцию кокиля ( его можно изготавливать с литыми рабочими гнездами, не требующими механической обработки, что снижает стоимость кокиля), возможность получения отливок с выступающими частями и глубокими полостями, точных отливок любой конфигурации и оптимальных условий их затвердевания.

Разработана технология получения биметаллических отливок. Впервые в отечественном мотоциклостроении на двигателе мотоцикла установлены вместо чугунных биметаллические цилиндры, состоящие из чугунной гильзы и алюминиевого оребрения с диффузионной связью между ними. 

Одной из особенностей технологии получения отливок из ковкого чугуна является то, что исходный материал - белый чугун - имеет пониженную жидкотеку-честь, это требует повышенной температуры заливки при изготовлении тонкостенных отливок. Усадка белого чугуна значительно больше, чем серого, поэтому в отливках из белого чугуна образуется больше усадочных раковин, пористости и трещин. 

Своевременность заливки форм устанавливается технологией получения отливки. Чрезмерно длительная выдержка собранной формы под заливку может привести к отсырению стержней, потере прочности отдельных деталей формы. 

Основные свойства чугуна предопределяются его структурой, зависящей как от химического состава чугуна, так и от технологии получения отливки. 

По данным В. А. Никогосова [57], в НПО Атомкотломаш была разработана, а на Таллиннском заводе Ильмарине им. СССР использована технология получения отливок из сплава АЛ9 на роботизированном технологическом комплексе литья под давлением с использованием манипуляторов КОМ-5. 

Литые детали составляют основную часть веса машин и конструкций. Поэтому задача повышения механических и эксплуатационных свойств литых конструкционных материалов, а также совершенствование технологии получения отливок не теряют своей актуальности. В настоящей главе кратко изложены результаты выполненных исследований по повышению качества чугунных и стальных отливок. Показано, что комплексные добавки из легирующих элементов - стабилизаторов перлита и графитизатора-силикомишметалла - повышают свойства серого чугуна на 2 - 3 марки без ухудшения технологических свойств металла. Эксплуатационные характеристики чугунных деталей при этом резко возрастают. Описаны механизм кристаллизации модифицированного чугуна и некоторые оригинальные методики изучения эксплуатационных свойств металла. Даны рекомендации по использованию редкоземельных лигатур для повышения пластичности и вязкости углеродистой стали. 

Эффективность литейной технологии объясняется ее универсальностью, позволяющей получать изделия из сплавов практически любого состава массой от нескольких граммов до сотен тонн. Литейная технология может быть реализована различными и весьма многообразными способами, но доминирующей пока остаетсятехнология получения отливок в разовой песчаной форме. 

Это дает возможность значительно увеличить ее плотность. Перлитовая структура с мелкопластинчатым графитом имеет большое значение модуля упругости, высокую плотность и другие важные преимущества, поэтому необходимо стремиться к ее получению в отливке, особенно в поверхностном слое. Разработанная нами технология получения отливок в формах из сыпучих песков и порошков, упрочняемых перепадом давления воздуха, позволяет исключить образование ледебурита и получить высококачественную перлитовую структуру в отливках. 

На некоторых заводах используют плиты с пазами. Два взаимно перпендикулярных паза выбираются на плите по осям симметрии; глубина пазов 20 - 25 мм. При разработке технологии получения отливки на чертеже проводят осевые линии, соответствующие пазам при выбранном расположении модели на плите. На пересечении осей берется центр, который фиксирует точное положение модели на плите. Пазы на плите закрывают деревянными вставками. 

В Советском Союзе литейное производство развивалось исключительно быстро. В промышленных масштабах освоена технология получения отливок из всех известных сплавов. 

Графит является характерной и обязательной структурной составляющей серых чугунов. Располагается чаще всего в форме чешуйчатых пластинок разной величины и формы. Нарушая целость основной металлической массы, включения графита понижают прочность чугуна, но улучшают антифрикционные свойства и обрабатываемость. Форма и величина графитовых включений зависит от химического состава чугуна и технологии получения отливки. 

1.Виды литья

1.1 Литьё в песчаные формы

Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (ранее — деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.

Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т. д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.

1.2 Литьё в кокиль

Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь 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, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и 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.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

1.3 Литьё под давлением

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.

Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготавливают литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:

• Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условиях массового и крупносерийного производств.
• Минимальные припуски на мехобработку или не требующие оной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону.
• Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили.
• Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.

Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:

• Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы.
• Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания.
• Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.

Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:

• давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• скорость прессования;
• конструкция литниково-вентиляционной системы;
• температура заливаемого сплава и формы;
• режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:

• регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
• повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• рафинирование и очистка сплава;
• вакуумирование;
• конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:

• заполнение формы и камеры активными газами;
• использование двойного хода запирающего механизма;
• использование двойного поршня особой конструкции;
• установка заменяемой диафрагмы;
• проточка для отвода воздуха в камере прессования;