Характеристика литейного производства

После охлаждения отливки форма разрушается. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяются от литников и для окончательной очистки направляются на химическую очистку в 45 %-ном водном растворе едкого натра, нагретом до температуры 150 °С. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ

   При литье в кокиль  отливки получают путем згливки  расплавленного металла в металлические  формы — кокили. По конструкции различают кокили: вытряхные; с вертикальным разъемом; с горизонтальным разъемом и др.

Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации из чугуна, стали и цветных сплавов, а с металлическими стержнями — для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для получения сложной полости отливки используют разъемные стержни, состоящие из нескольких частей.

Рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений. Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздействия высоких температур заливаемого металла, для регу-' \ лирования скорости охлаждения отливки, улучшения заполняемости кокиля, облегчения извлечения отливки и т. д.

При сборке кокилей в определенной последовательности устанавливают металлические или песчаные стержни, проверяют точность их установки и закрепления, соединяют половины кокиля и скрепляют их.

Заливку металла осуществляют разливочными ковшами или автоматическими заливочными устройствами. Затем отливки охлаждают до температуры выбивки, составляющей 0,6—0,8 температуры солидуса сплава, и выталкивают из кокиля. После этого отливки подвергают обрубке, очистке и в случае необходимости—термической обработке.

Разновидностью кокильного литья является литье в облицованные кокили.                                               

Литье в облицованные кокили (рис. 10) состоит в том, что модельную плиту 6 с моделью 5 нагревают электрическими или газовыми нагревателями 7 до температуры 200—220 °С. На модельную плиту устанавливают нагретый до температуры 200—220 °С кокиль 3. В зазор между кокилем 3 и моделью 5 из пескодувной головки 1 через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термореактивным связующим (рис. 10, а). Оболочка 4 толщиной 3—5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают (рис. 10, б). Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля. После изготовления полуформ кокиль собирают, а затем из ковша 8 заливают расплавленный металлом (рис. 10, в).                                     

При литье в кокиль сокращается расход формовочной и стержней вой смесей. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла, что обеспечивает боле высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок,!

полученных в песчаные формы. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность размеров и малую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен.

Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.

 

Рис. 10. Схема процесса изготовления отливок в облицованные кокили.

 

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.

На машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 11) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования 4 (рис. 11, а), который плунжером 5 под давлением 40—100 МПа подается в полость пресс-формы (рис. 11, б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке полу-\ чают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 11, б), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120—320 °С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы, глубиной 0,05—0,15 мм и шириной 15 мм, расположенные в плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости; перед заливкой расплавленного металла. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45кг.

 

 

Рис. 11. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования.

 

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

При центробежном литье сплав заливают во вращающиеся формы; формирование отливки осуществляется йод действие центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

Центробежным литьем отливки изготовляют в металлических, песчаных, оболочковых формах и в формах для литья по выплавляемы моделям на центробежных машинах с горизонтальной или вертикальной осью вращения.

При получении чугунных водопроводных труб на машинах с гс ризонтальной осью вращения (рис. 12, а) изложницу 2 устанавливают на опорные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница приводится во вращение электродвигателем 1. Расплавленный чугун из ковша 4 заливают через желоб 8, который в процессе заливки чугуна перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования рас труба трубы используют либо песчаный, либо оболочковый стержень 8. После затвердевания залитого чугуна трубу извлекают из изложницы. На этих машинах изготовляют втулки, кольца и т. п.

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 12, 6} расплавленный металл из разливочного ковша 4 заливают в литейную форму 2, укрепленную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих машинах изготовляют кольца большого диаметра высотой не более 500 мм.

На рис. 12, в показана схема процесса литья сложных тонкостенных рабочих колес на машинах с вертикальной осью вращения. Здесь 1, 6 половины кокиля; 2 — стержень, который формирует канал рабочего колеса и его лопасти; 3 — стол машины; 4 — стержень, воспринимающий удар струи заливаемого металла; 5 — шпиндель центробежной машины. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150—1200 об/мин. Изложницы перед заливкой нагревают до температуры 150—200 °С. Температуру заливки сплавов назначают на 100—150 °С выше температуры ликвидуса.

Преимущества центробежного литья — получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т. д.). 

 

Рис. 12. Схемы прцессов изготовления отливок центробежным литьем.

 

V. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК  ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления различных отливок. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, который имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют СЧ10—СЧ25 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к серым чугунам, цифры показывают временное сопротивление разрыву.            

    Серый чугун обладает высоким  временным сопротивлением (100— 450 МПа), повышенной твердостью (НВ 140—283), малым относительным удлинением (s == 0,2—0,5 %).

 

Рис. 13. Микроструктуры серого чугуна:

а – ферритного; б – перлитно-ферритного; в – перлитного; 1 – феррит; 2 – пластинчатый графит; 3 – перлит.

 

Ферритный серый чугун (рис. 13, а} состоит из вязкой основы — феррита и крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Его применяют для отливок неответственного назначения.

Перлитно-ферритный серый чугун (рис.13, 6) в своей структуре содержит перлит, феррит и графит, обладает повышенной прочностью, его широко используют для машиностроительных отливок из-за низкой стоимости по сравнению с перлитным чугуном.

  Перлитный серый чугун (рис. 13, в) обладает высокой прочностью, которая обусловлена присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. Этот чугун используют для получения деталей ответственного назначения.

 На структуру  и свойства серого чугуна существенное  влияние оказывают его химический  состав и скорость охлаждения  отливок в форме. Углерод, кремний  и марганец улучшают механические  и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотеку честь. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы.

 На структуру  и свойства серого чугуна существенное  влияние оказывают его химический  состав и скорость охлаждения  отливок в форме. Углерод, кремний  и марганец улучшают механические  и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотекучесть. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. В тонких частях отливки у ее поверхности скорость кристаллизации будет выше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Поэтому в тонких частях отливки образуется более мелкая структура с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства этих зон. Там, где чугун затвердевает медленнее, образуется крупно

зернистая структура с малым содержанием перлита и крупными вклю-: чениями графита. Механические свойства этих зон низкие.

Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифицированием, термической обработкой и другими способами.

При легировании в расплавленный чугун вводят твердые или расплавленные легирующие элементы (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и придания ему требуемых механических и эксплуатационных свойств.

    При модифицировании в чугун  вводят модификаторы (ферросилиций, силикокальций и др.) для измельчения  структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему, что повышает механические свойства отливок.

       Отливки из серого чугуна нашли  широкое применение в станкостроении: станины станков, стойки, салазки, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и коробок передач, корпуса насосов, втулки вкладыши и др.; в автостроении; блоки цилиндров, гильзы, поршне вые кольца, кронштейны, картеры, тормозные барабаны, крыши и др.; в тяжелом машиностроении; в электротехнической промышленности и других отраслях машиностроения.

 

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК

Для изготовления отливок используют углеродистые легированные стали. Литейные стали обозначают аналогично конструкционным сталям. В марках углеродистых литейных сталей 15Л,  20Л—60Л, легированных — ЗОХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ, 110Г13Л и т. п. буква Л означает принадлежность к литейным сталям.

  Углеродистые  литейные стали обладают высокими  временными сопротивлением (400—600 МПа), относительным удлинением (10—24 %), ударной вязкостью, достаточной износостойкостью при ударных нагрузках. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей — углерод.

 Литейные  стали имеют плохие литейные  свойства: пониженную  жидкотекучесть, значительную усадку (до 2,5 %), что  приводит к образованию усадочных  раковин и пористости в отливках; стали склонны к образованию трещин.

 Для  плавки литейных сталей как  правило, используют дуговые и  индукционные печи. В последнее  время для плавки стали широко  начинают использовать плазменно-индукционные  печи.

Производительность таких печей по сравнению с индукционной на 25—30 % выше, а расход электроэнергии значительно ниже. 

       В качестве  шихтовых материалов применяют  стальной лом, отходы собственного  производства, передельный чугун, руду, флюсы и другие материалы. Стальные отливки преимущественно изготовляют в песчаных и оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем, литьем в облицованные кокили и другими способами.

На рис. 14 приведена схема литейной формы для изготовления стального зубчатого колеса. Для предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках на массивные части устанавливают прибыли, а в тепловых узлах отливок используют наружные или внутренние холодильники.

 Для  предупреждения трещин, возникающих  из-за неравномерной усадки отливки, формы изготовляют из податливых формовочных смесей. Кроме того, в отливках предусматривают технологические ребра, удаляемые при механической обработке.