Характеристика литейного производства

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ (МАМИ) /УНИВЕРСИТЕТ МАШИНОСТРОЕНИЯ/

Кафедра «Технология конструкционных материалов»

 

 

 

 

 

 

 

Студент: Гордеев В.А.

Группа:2 МЛн-1

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕМА РЕФЕРАТА

«Характеристика литейного производства».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Научный руководитель:

                                                                                            Самохин В.В.

 

 

 

 

 

 

 

Москва –2014  

 
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА 

СУЩНОСТЬ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА   

Литейное  производство — отрасль машиностроения, за изготовлением 
фасонных заготовок  или деталей путем заливки  расплавленного металла в 
специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). 
При охлаждении залитый металл затвердевает и в  твердом состоянии сохраняет 
конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукции 
называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и 
последующего  охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства 
отливок. 
   Литьем  получают разнообразные конструкции  отливок массой от нескольких 
граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками 
толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и 
крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины  прокатных 
станов, турбинные  лопатки и т. д.). 
Для изготовления отливок применяют множество  способов литья: 
в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, 
под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного 
способа литья  определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической 
целесообразности  и другими факторами.                     
   Любое производство, в том числе и  литейное, характеризуется трудоемкостью  и 
номенклатурой выпускаемой продукции. 
   Различают следующие основные типы литейного  производства: 
единичное, серийное и массовое. 
     Единичное  производство характеризуется выпуском в небольших количествах 
самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок  может периодически 
повторяться. 
     Серийное  производство характеризуется периодичным  выпуском литья 
ограниченной  или широкой номенклатуры значительными  или небольшими партиями. 
     Массовое  производство характеризуется непрерывным  выпуском в больших 
количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового  производства 
может служить  выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными 
цехами автомобильных и тракторных заводов. 
Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов 
изготовления  форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного 
цеха. Если единичное  производство характеризуется применением  ручных методов 
труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным 
количеством применяемой  оснастки, то в массовом и серийном рационально 
применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное 
оборудование, большое  количество специальных приспособлений. 

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ    

 Формовочные  материалы — это совокупность  природных и искусственных 
материалов, используемых для приготовления форм и стержневых смесей. В 
качестве исходных материалов используют формовочные  кварцевые пески и литейные 
формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической 
устойчивостью, что позволяет получать отливки  без пригара. 
     Формовочная  смесь — это многокомпонентная  смесь формовочных материалов, 
соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. 
Формовочные смеси  по характеру использования разделяют на облицовочные, 
наполнительные  и единые. 
     Облицовочная  смесь — это формовочная смесь,  используемая для 
изготовления  рабочего слоя формы. Такие смеси  содержат повышенное количество 
исходных формовочных  материалов (песка и глины) и имеют  высокие 
физико-механические свойства. 
     Наполнительная  смесь — это формовочная смесь  для наполнения формы после 
нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем 
переработки оборотной  смеси с малым количеством  исходных формовочных материалов 
(песка в глины). Облицовочные и наполнительные  формовочные смеси использую 
при изготовлении крупных и сложных отливок. 
     Единая  смесь — это формовочная смесь,  применяемая одновременно в качестве 
облицовочной  и наполнительной смеси. Та смеси  применяют при машинной 
формовке и  на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые 
смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и  глин с наибольшей связующей 
способностью, чтобы  обеспечить их долговечность. 
Формовочные смеси  должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность 
и газопроницаемость, пластичность, податливость и т. д. 
     Огнеупорность  — способность смеси и формы  сопротивляться размягчению или 
расплавлению  под воздействием температуры расплавленного металла. Чем крупнее 
песок, тем меньше в нем примесей и пыли и чем  больше кремнезема, тем более 
огнеупорна смесь. При низкой огнеупорности на поверхности  отливки образуется 
пригар - прочное  соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностью 
отливки. 
     Прочность  — способность материала формы  не разрушаться при извлечении 
модели из формы, транспортировании и заливке  форм. Прочность формовочной смеси 
увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен 
песка, плотности. 
     Газопроницаемость  — способность смеси пропускать  через себя газы. 
Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в  формовочной смеси и чем он 
крупнее, а также  чем меньше содержание глины в  формовочной смеси. 
     Пластичность  — способность деформироваться  без разрушения и точно 
воспроизводить  отпечаток модели. 
     Податливость  — способность формы или стержня  сжиматься при усадке отливки. 
     Стержневая  смесь — это многокомпонентная  смесь формовочных материалов, 
соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных 
стержней. Стержни  при заливке расплав металла  испытывают значительные 
тепловые и  механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые 
смеси должны иметь  более высокую огнеупорность, газопроницаемость, 
но, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т. 
д. 
Жидкостекольные смеси, используемые для изготов  литейных стержней и 
литейных форм, приготовляют из кварцевых песков с  содержанием не более 3,5 % 
глины, связующего мате — жидкого стекла с добавкой 10 %-ного раствора 
едкого натра. Отверждение смеси осуществляется продувкой углекислым газом. 
Холоднотвердеющие смеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из 
кварцевого песка, связующих материалов — карбамидофурановых, 
фенолоформальдегидных  смол и др. В качестве катализаторов  применяют 
ортофосфорную или азот кислоту и ее соли. Продолжительность  отверждения 
смесей составляет 1—20 мин. 

ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ   

Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые, молибденовые, вольфрамовые и др. 
   Литейные  сплавы должны обладать высокими литейными  свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью  к образованию трещин и др.); требуемыми физическими и эксплуатационными  свойствами. Выбор сплава для тех  или иных литых деталей является сложной задачей, поскольку все требования в реальном учесть не представляется возможным. 
   Чугун - многокомпонентный сплав железа с углеродом и другими компонентами (углерода 2-4%).На характер кристаллизации чугуна влияют содержание элементов (C, Si, Mn, P, S ) и скорости охлаждения. При этом структура и свойства чугунов различны: если весь углерод кристаллизуется в виде графита, а металлическая основа в виде феррита, то получают серый чугун, если же весь углерод кристаллизуется в составе цементита Fe3C , то получают белый чугун. 
   В половинчатом чугуне находятся одновременно графит и свободный цементит. Получающиеся при кристаллизации структуры можно  существенно изменить последующей  термообработкой. 
   Чугун широко применяют благодаря хорошим  технологическим свойствам 
   (хорошая  жидкотекучесть и обрабатываемость  резанием) и малой относительной  стоимости. 
   Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и другие элементы. Стали  с добавкой 
   Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические  свойства или повышенную прочность. 
   В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и  легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость. 
   Плотные (без пор и раковин) отливки  получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или  обеспечено направленное затвердевание. Усадка в твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров. 
   Алюминиевые сплавы - сплавы основной составной  частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец. 
   Добавка кремния улучшает литейные свойства, добавка меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость и прочность. 
   Магниевые сплавы - сплавы на магниевой основе и в зависимости от требуемых  свойств содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные. 
   Медные  сплавы - сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов: латуни - сплав меди с цинком; бронзы - сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами. 
   Титановые сплавы - сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы). 

СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

ЛИТЬЕ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ   

Литье в песчаные формы – это метод  литья металлов и сплавов, при  котором расплавленный металл заливается в форму, сделанную из плотно утрамбованного песка. Для того, чтобы песчинки были крепко связаны между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими веществами. Этот метод применяется для литья из стали, меди, бронзы и алюминия. 
   Литье в песчаные формы — широко используемый в промышленности метод литья. Сначала, в соответствии с чертежами, делается деревянная модель изделия, затем она утапливается в песок в нижней части стального корпуса вплоть до ее самого широкого поперечного сечения (А). Затем монтируется верхняя часть формы. К нижнему корпусу за жимами прикрепляется верхний, образуя цельную коробку, а затем туда еще досыпается и утрамбовывается песок, таким образом, чтобы он покрыл всю модель целиком. В необходимых местах фиксируются литник и выпор (В). Отдельно делают внутренний литейный стержень из песка для того, чтобы можно было создать полость внутри будущей отливки. Песок форм, который первоначально был смешан с силикатом натрия, образует силика-гель, когда через него прокачивается углекислый газ. Этот -гель- имеет консистенцию сиропа и связывает песок. Затем корпус формы раскрывают и убирают деревянную модель. Стержень помещают в корпус формы, и форму опять собирают (С). Деревянный литник и выпор убираются. Расплавленный металл вливается в высушенную форму через конусообразный литник. Вытесняемый воздух выходит через выпор (D). После охлаждения корпус формы раскрывается и достается отливка (Е). Литник и выпор отрезаются, а песок выбивается. В готовой отливке (F) показана полость, образованная на месте стержня. 
2.2 СПЕЦИАЛЬНЫЕ  СПОСОБЫ ЛИТЬЯ 
2.2.1. ЛИТЬЕ В  ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ 
Литьё в оболочковые  формы – это способ получения  фасонных отливок из металлических  сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы). 
         Оболочковую форму получают одним  из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. 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, наличие которой воздействует также на температурный режим 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. 
2.2.2. ЛИТЬЕ ПО  ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ 
 Литье по  выплавляемым моделям – это  способ получения фасонных отливок  из металлических сплавов в  неразъёмной, горячей и негазотворной  оболочковой форме, рабочая полость  которой образована удалением  литейной модели выжиганием, выплавлением  или растворением. 
         При этом способе литья в  пресс-формы (обычно металлические)  запрессовывают модельный состав, который после затвердевания  образует модели деталей и  литниковой системы. Модельный  состав удаляют, чаще всего  выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа — литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800—1000°С и заливают металлом. 
         Способ обеспечивает получение  сложных по форме отливок массой  от нескольких г до десятков  кг, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4—6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с др. способами литья. Указанные особенности послужили причиной прежних названий способа — точное, или прецизионное литьё. Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия. 
         Методом литья по выплавляемым  моделям изготовляют художественные  отливки, ювелирные изделия, зубные  протезы и др. изделия. Этот  способ литья, являясь одним  из древних, получил широкое  промышленное применение в результате совершенствования технологии литейного производства и изучения свойств кремнийорганических соединений. 
         В СССР литье по выплавляемым  моделям сосредоточено в больших  высокомеханизированных цехах, которые  производят до 2,5 тыс. т готовых отливок в год. Достижением советской промышленности является создание комплексно-автоматизированного производства литья по выплавляемым моделям. 
2.2.3. ЛИТЬЕ В  МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ 
        Кокильное литьё, способ получения  фасонных отливок в металлических формах — кокилях. 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.