Производство чугунных отливок

Министерство  образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВПО «Московский государственный  открытый университет имени В.С. Черномырдина»

Чебоксарский  политехнический институт (филиал)

Кафедра технологии конструкционных материалов и литейного производства

 

 

 

Реферат

 

по  дисциплине металлургия

на  тему «Производство чугунных отливок»

 

Выполнил:

студент_1_ курса

специальности металлургия

заочного  отделения

Шулаев Роман Сергеевич

учебный шифр 313509

 

Проверил:

преподаватель (доцент, профессор)

Илларионов Илья Егорович

 

Чебоксары 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Литейное производство 4

2. Ручная и машинная формовка 5

3. Специальные способы производства отливок 12

3.1 Кокиль. Литье  в кокиль 12

3.2 Литье  под давлением 13

3.3 Литье  в оболочковые формы 13

3.4 Литье  по выплавляемым моделям 15

4. Центробежное литье 17

5. Применение низкочастотной виброобработки для повышения качества чугунных отливок 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 27

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 28

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Русское слово чугун происходит от китайских терминов - "чу" (или "чжу"), соответствующего русскому слову "лить", а также "гун" - "дело", "ремесло". Постепенно короткий термин "чугун" заменил в русском языке слова "литое железо".

Чугун - самый распространенный литейный материал.

Как конструкционный железо–углеродистый сплав, чугун применяется давно. Несмотря на появление большого числа других материалов, чугун наряду со сталью является основным материалом в машиностроении, металлургии и других металлопотребляющих отраслях промышленности. Во многом это связано с высокой технологичностью чугуна и относительно низкой стоимостью. Одно из основных преимуществ чугуна – его высокие литейные свойства. Он обладает хорошей жидкотекучестью, небольшой усадкой, малой склонностью к образованию трещин. Можно также отметить хорошую механическую обрабатываемость чугуна, высокую коррозионную стойкость, малую чувствительность к надрезам. Бракованные, отработавшие изделия из чугуна легко перерабатываются. Поэтому значительная доля выпускаемого чугуна идет на производство отливок.

Вместе с тем, недостаточно высокий уровень механических свойств  ведет к увеличению материалоемкости изделий и сдерживает применение чугуна. Низкая прочность при растяжении обусловлена, прежде всего, неблагоприятной формой графита, а также повышенным, по сравнению со сталью, содержанием вредных примесей. На практике разработаны различные технологии воздействия на процесс кристаллизации чугуна и обработки в твердом состоянии, которые позволяют приблизить свойства чугуна к свойствам стали при сохранении всех его преимуществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Литейное производство

Литье – один из древнейших способов обработки металлов с целью придания изделию определенной геометрической формы. Функционально метод литья заключается в заливке расплава в специально приготовленные формы, внутренняя полость которых соответствует подлежащей изготовлению отливки. Литье является наиболее предпочтительным способом получения точных заготовок, особенно сложной конфигурации, при минимальной последующей механической обработке. Для современного состояния литейного производства характерны комплексная механизация и автоматизация технологических операций, а также использование разнообразнейших процессов литья и материалов, их обеспечивающих.

Значительная часть выпускаемого чугуна идет на производство отливок. Это связано с высокими литейными  свойствами чугунов и более простой  технологией плавки и разливки по сравнению со сталью. В условиях массового производства на машиностроительных и металлургических предприятиях создают  специальные литейные цеха, оснащение  которых позволяет выпускать  отливки из любого вида чугуна. Единичное  производство отливок можно организовать в условиях небольших ремонтных подразделений.

Рассмотрим основные понятия  литейного производства.

Отливкой называют заготовку или деталь, получаемую заливкой расплавленного металла в специально приготовленную литейную форму.

Литейная форма представляет собой систему элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавом формируется отливка. Литейные формы изготавливают как из керамических материалов (песчано-глинистая смесь, гипс и пр.), так и из металлических сплавов. Можно выделить следующие разновидности металлических литейных форм.

Рисунок 1 – Разновидности литейных форм

Для подвода расплава в  рабочую полость формы используют литниковую систему, состоящую из каналов  и элементов литейной формы, обеспечивающих ее заполнение, а также питание  отливок при затвердевании.

Разработку чертежа отливки  начинают с анализа технологичности  конструкции литой заготовки. К  числу общих требований, определяющих технологичность проектируемой  отливки, обычно относят следующие  положения:

• при определении положения отливки в литейной форме необходимо обеспечить свободное извлечение модели, с помощью которой может быть получена рабочая полость в форме;
• при разработке геометрической формы отливки необходимо избегать острых углов и резких переходов по толщине стенок, т.к. в этих местах появляются внутренние напряжения, приводящие к образованию трещин;
• отливка должна представлять собой сочетание простых геометрических тел с преобладанием прямых линий и плоских поверхностей, что упрощает и удешевляет изготовление модельного комплекта;
• конструкция отливки должна предусматривать удобство и простоту сборки литейной формы;
• отливка должна иметь удобное расположение базовых мест для обработки резанием;
• конструкция отливки должна предусматривать минимальный расход металла на изготовление из нее детали.

 

2.Ручная и машинная формовка

Ручная формовка является старейшим способом производства отливок. Она широко применяется в условиях мелкосерийного или индивидуального производства, при создании уникальных отливок. Использование для форм современных материалов позволяет получать высококачественные отливки практически любой степени сложности. Необходимо учитывать, что создание модели и подготовка к ручной формовке – дорогостоящая операция. В стоимости отливки при ручной формовке заметную часть составляет стоимость модели. Для сокращения расходов, улучшения качества подготовки модели в настоящее время широко применяют специализированные системы автоматизированного проектирования.

Под модельным комплектом понимают набор приспособлений, предназначенных для изготовления рабочих полостей в литейной форме и стержней. Он обычно включает литейную модель, стержневые ящики, модели элементов литниково-питающей системы, формовочные и стержневые шаблоны, а также подмодельные или модельные плиты. Материал для модельного комплекта выбирают в зависимости от типа производства и серийности заказа на изготовление отливок.

Литейная модель (рис.2) служит для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки. В большинстве моделей предусматриваются дополнительные (по отношению к конфигурации отливки) части, называемые знаками, которые образуют в литейной форме базы (гнезда) для установки стержней. Стержень – это элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке.

Рисунок 2 – Типы литейных моделей: а – неразъемные; б – разъемные; в – с отъемными частями; 1 – шипы; 2 – знаки; 3 – отъемные части; 4 – гвозди.

По конструкции, которая  обуславливается удобством формовки, литейные модели подразделяют на неразъемные и разъемные. При этом разъемные модели широко используются при производстве отливок более сложной и разнообразной конфигурации, когда рабочая полость формуется в двух опоках. В единичном и мелкосерийном производстве, когда оформлять выступающие элементы отливок стержнями экономически нецелесообразно, в моделях могут быть предусмотрены отъемные части (рис.3, б, в), которые остаются на рабочей поверхности формы после извлечения из нее модели, а затем также извлекаются. Разъемные модели широко применяют при производстве отливок сложной конфигурации. Точное соединение разъемных моделей осуществляется с помощью деревянных шипов или металлических дюбелей. Удобство извлечения модели из полуформы при ручной формовке достигается с помощью металлических приспособлений, закрепляемых на модели, которые называются подъемами.

Стержневые ящики (рис.3) служат для изготовления стержней ручной и машинной формовкой на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах. По конструктивным особенностям их подразделяют на три типа: цельные, разъемные и вытряхные. Цельные применяют для изготовления стержней простой конфигурации с большими уклонами на боковых стенках, что обеспечивает их легкое извлечение из ящика. Разъемные ящики наиболее распространены, так как их применяют для изготовления стержней самой разнообразной конфигурации и размеров. Вытряхные деревянные ящики имеют корпус коробчатого типа, в который вставляют четыре специальных вкладыша, оформляющих рабочую поверхность получаемых стержней. При этом тыловые стенки вкладышей исполняются с большими уклонами, что обеспечивает легкость их извлечения из корпуса при его подъеме.

Рисунок 3 – Стержневые ящики а – цельный; б – разъемный деревянный; в – разъемный металлический; 1 – шипы; 2 – стержни; 3 – скоба; 4 – гайка; 5 – стальная накладка.

Большинство деталей, получаемых методом литья, имеют внутренние полости или отверстия, для получения  которых в литейную форму вставляют  специальные элементы, называемые стержнями. Использование стержней значительно расширяет возможности приближения геометрической формы отливки к конструкции детали, что, соответственно, снижает ее себестоимость за счет повышения выхода годного. С другой стороны, стержни могут значительно усложнить изготовление и особенно сборку литейной формы. Следовательно, для упрощения сборки литейных форм и повышения точности отливки желательно, чтобы количество стержней, вставляемых в одну форму, было возможно меньшим: один-два. Чем проще очертания стержня, тем проще и легче его изготовить. Поэтому сложные по очертаниям стержни расчленяют на несколько простых, которые затем склеивают между собой.

Режим заполнения литейных форм расплавом надлежит регулировать таким образом, чтобы происходило  заполнение рабочей полости формы, и в нее не проникали пена, шлаки  и другие неметаллические включения, вызывающие загрязнение отливок. Регулируя  режим заполнения, необходимо иметь  в виду, что от него зависит образование  многих дефектов, связанных с тепловыми  условиями затвердевания отливки  и взаимодействием расплава с  материалом формы (усадочные раковины, пористость, трещины, коробление, ужимины и пр.).

Режим заполнения форм расплавом  регулируют посредством назначения конструкции литниковой системы и места подвода металла в форму. Размеры основных элементов литниковой системы обычно рассчитывают в соответствии с заданной скоростью движения потока расплава, выбираемой из условий достижения максимального качества отливки по вышеперечисленным дефектам.

При изготовлении фасонных отливок используют литниковые системы  следующих основных типов: верхнюю, нижнюю, боковую и комбинированную. Верхняя литниковая система наиболее проста в изготовлении и обеспечивает хорошую заполняемость при кратчайшем пути металла до полости формы, создает наиболее благоприятные условия для направленного затвердевания отливки снизу и пр. Основной недостаток – каскадный сброс расплава в форму, приводящий к интенсивному захвату воздуха, окислению и перемешиванию металла с образовавшейся пеной. При этом в такой литниковой системе ухудшаются условия задержания шлака и повышается вероятность размыва формы и стержней падающей струей. Поэтому верхние литниковые системы рекомендуется назначать для отливок небольшой высоты (до 100 мм).

Нижняя литниковая система  в наибольшей степени обеспечивает спокойное заполнение формы, исключающее  вспенивание, разбрызгивание и окисление  расплава, хорошо задерживает неметаллические включения и способствует удовлетворительной заполняемости и последовательному вытеснению воздуха и газа из формы. Вместе с тем, нижняя литниковая система плохо обеспечивает заполняемость высоких тонкостенных отливок с развитой поверхностью. Поэтому при отношении высоты отливки к толщине стенки (средней) более 50 для обеспечения заполняемости рекомендуют применять комбинированную систему.

Боковая литниковая система  обеспечивает заполнение нижней части  отливки сверху, а верхней части  отливки – снизу. Ее широкое применение обусловлено удобствами выполнения в форме.

Модели литниковых систем (рис.4) включают в себя все необходимые для подвода металла элементы: питатели, шлакоуловители, стояки, выпоры, литниковую чашу, а также специальные элементы питания отливок (прибыли, питающие бобышки и т.п.).

Формовочные литейные шаблоны используют при безмодельном изготовлении форм для получения крупных единичных отливок, имеющих форму тел вращения. Их выполняют в виде плоских скребков с прямолинейной или фасонной режущей кромкой.

Подмодельные (подопочные) плиты служат для образования в форме плоскости разъема. При ручной формовке применяют деревянные подмодельные плиты. При машинной формовке используются металлические плиты, на которых жестко закреплены элементы модели и литниковой системы. Эти плиты называются модельными.

Контрольные сборочные шаблоны  используют для контроля взаимного  расположения стержней, а также конфигурации внутренней полости литейной формы. Обычно используются для качественных отливок сложной геометрической формы.

Рисунок 4 – Модели литниковых систем с подводом металла в среднюю часть отливки (а) и с верхней литниковой системой и боковым выпором (б): 1 – литниковая чаша; 2 – стояк; 3 – металлоприемник; 4 – лит-никовый ход (коллектор); 5 – питатели; 6 – выпоры.