Лекции по "Материаловедению"

Для изготовления разовых  форм применяют модельный комплект, который состоит из: модели, стержневых  ящиков, сушильных и подмодельных плит, шаблонов, модели литниковой системы, опок и формовочного инструмента.

Модель - это приспособления для получения отливок в виде отпечатка, соответствующего наружной конфигурации отливок.  

Конструкция модели должна обеспечивать быстрое удаление модели из формы без ее разрушения. При  серийном и массовом производстве отливок  модели изготавливают металлическими, при индивидуальном – деревянными

При конструировании  и изготовлении моделей вначале  по чертежу детали разрабатывают  чертеж отливки, а затем изготавливают  модель. При этом учитывают:

• припуски на механическую обработку, которые зависят от габаритов и положения отливки в форме при заливке, а также от применяющегося сплава;
• величину усадки металла, выраженную в процентах (средняя усадка для серого чугуна 1%, цветных металлов и сплавов 1,5%, углеродистой стали 2%);
• формовочные уклоны, которые служат для удобства извлечения моделей из формовочной смеси без разрушения отпечатка (величина уклонов деревянных моделей составляет 1-2, машинной – 0,5-1). Формовочные уклоны располагают на вертикальных стенках отливки по отношению к линии разъема формы в сторону увеличения размеров модели;
• галтели или закругления, которые применяются в местах сопряжения стенок отливки и которые зависят от толщины сопрягаемых стенок.

Стержень – это приспособление для получения внутренних полостей в отливках сложной конфигурации. Стержень используется только один раз.

Для изготовления стержней применяют  стержневые ящики, в полости которых  из стержневой смеси формируется  стержень необходимых размеров и  очертаний.

Стержневые  знаки – это составные части модели, служащие для образования в литейной форме опорных отпечатков, необходимых для крепления и центровки стержней.

Стержни устанавливаются в опорные  отпечатки форм специально предназначенными для этой цели частями, которые называются знаковыми частями. Поэтому конфигурация и размеры стержневых знаков на моделях всегда соответствуют знаковым частям стержня.     

Опоки – это прочные металлические рамы различной формы, предназначенные для изготовления литейных полуформ по полумоделям из формовочной смеси путем ее уплотнения.

При ручной формовке широко применяют литые чугунные опоки, для машинной – более прочны – стальные литые или сварные. Для центрования опок служат штыри и втулки.

Литниковая  система – это система каналов и устройств, предназначенных для подвода металла к форме, улавливания посторонних включений, вывода пара и газов из полости формы и для питания отливки в период кристаллизации.

Формовочный  инструмент: для набивки форм – трамбовки, набойки и др.; для отделки форм – гладилки, ланцеты, линейки и др.

Подмодельные  плиты (доски) - служат для установки на них элементов форм при ее изготовлении.

27. Технология  литья в песчано-глинистые формы.

Литье песчано-глинистые  формы является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок. Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям.

 Литье в песчано-глинистые  формы имеет свои преимущества. К ним следует отнести: масса  отливки может достигать величины сотен тонн  (станины станков), размеров от нескольких миллиметров до десятков метров, может изготовляться любой конфигурации и из любых литейных сплавов. Этим способом изготовляется подавляющая часть отливок в машиностроении.

 Для изготовления литейной формы служит формовочная смесь, представляющая собой многокомпонентную систему, состав которой определяется типом и массой отливки и природой металла. Основными компонентами формовочной смеси являются кварцевий писок и формовочная глина. Глина является связующим и при оптимальном содержании воды (4-5 %) придает формовочной смеси необходимую прочность и пластичность. Песок увеличивает пористость и, следовательно, газопроницаемость формовочной смеси. Кроме того, в формовочную смесь вводят противопригарные добавки (каменноугольную пыль, графит), защитные присадочные материалы (борную кислоту, серный цвет) и другие ингредиенты. Для изготовления стержней изпользуют стержневые смеси, состоящие из кварцевого песка и самотвердеющихся неорганических (жидкое стекло с добавкой 10 % раствора NaOH) или органических связующих.

 Заливка литейных  форм – процесс заполнения  полости литейной формы расплавленным  металлом из ковша. Ковш с  расплавленным металлом от плавильных  печей к месту разливки перевозят  мостовым краном или по монорельсовому  пути.

 Важное значение  при заливке форм имеет выбор температуры заливки расплавленного металла. При повышенной температуре заливки возрастает жидкотекучесть металла, улучшается питание отливок, но горячий металл более газонасыщен, сильнее окисляется, вызывает пригар на поверхности отливки. В то время как низкая температура заливки увеличивает опасность незаполнения полости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливки сплавов целесообразно назначать на 100—150 °С выше температуры ликвидуса. Автоматизация заливки литейных форм обеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышает производительность труда.

 Охлаждение отливок в литейных формах после заливки продолжается до температуры выбивки. Небольшие тонкостенные отливки охлаждаются в форме несколько минут, а толстостенные (массой 50 – 60 тон) – в течение нескольких суток и даже недель. Для сокращения продолжительности охлаждения отливок, особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения: формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, по которым пропускают воздух или воду и другие. При этом качество отливок не ухудшается.

 Выбивка отливок  – процесс удаления затвердевших  и охлажденных до определенной  температуры отливок из литейной  формы, при этом литейная форма  разрушается. Выбивку отливок  осуществляют на различных выбивных  установках

 Литники от чугунных отливок отбивают молотками сразу же после выбивки из форм перед удалением стержней. Литники и прибыли от стальных отливок отрезают газовой или плазменной резкой. Ленточные и дисковые пилы используют для обрубки отливок из алюминиевых, магниевых, медных сплавов. После обрубки отливки зачищают, удаляя мелкие за­ливы, остатки прибылей, выпоров и литников. Зачистку выполняют маятниковыми и стационарными шлифовальными кругами, пневмати­ческими зубилами, газоплазменной обработкой и другими способами.

 Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливок. Ее осуществляют в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия, в гидропескоструйных и дробеметных камерах, химической или электрохимической обработкой и другими способами.

 Контроль отливок  прежде всего осуществляют визуально  для выявления брака или отливок,  подлежащих исправлению. Правильность  конфигурации и размеров проверяют  разметкой, плотность металла  отливки – гидравлическими испытаниями под давлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализированных лабораториях.

 Газовую и электрическую  сварку применяют для исправления  дефектов на необрабатываемых  поверхностях (раковины, сквозные отверстия,  трещины). Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках – электродами соответствующего состава. Чугунные отливки перед заваркой нагревают до температуры 350 – 600 °С, а после заварки их медленно охлаждают до температуры окружающей среды. Для лучшей обрабатываемости отливки подвергают отжигу.

 Литье в песчано-глинистые  формы – наиболее простой и  распространенный способ получения  литых заготовок. Недостатки такого  литья – большые припуски на  механическую обработку, низкая производительность и плохие санитарно-гигиенические условия труда.

28. Состав  и свойства формовочных и стержневых  смесей.

Свойства формовочных  и стержневых смесей

прочность – способность  смеси обеспечивать сохранность  формы без разрушения при изготовлении и эксплуатации;

поверхностная прочность (осыпаемость) – сопротивление истирающему  действию струи металла при заливке;

пластичность –  способность воспринимать очертание  модели и сохранять полученную форму;

податливость –  способность смеси сокращаться в объеме под действием усадки сплава;

текучесть – способность  смеси обтекать модели при формовке, заполнять полость стержневого  ящика;

термохимическая устойчивость или непригарность – способность  выдерживать высокую температуру  сплава без оплавления или химического с ним взаимодействия;

негигроскопичность  – способность после сушки  не поглощать влагу из воздуха;

долговечность – способность  сохранять свои свойства при многократном использовании.

По характеру использования  различают: облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочная –  используется для изготовления рабочего слоя формы. Содержит повышенное количество исходных формовочных материалов и  имеет высокие физико-механические свойства.

Наполнительная –  используется для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Приготавливается путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов.

Облицовочная и  наполнительная смеси необходимы для  изготовления крупных и сложных  отливок.

Единая – применяется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. Используют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производстве. Изготавливается из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью для обеспечения долговечности.

Приготовление формовочной  смеси

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат и просеивают. Глину  сушат, размельчают, размалывают в  шаровых мельницах или бегунах  и просеивают. Аналогично получают угольный порошок.

Затем подготавливают оборотную смесь. Оборотную смесь  после выбивки из опок разминают  на гладких валках, очищают от металлических  частиц в магнитном сепараторе и  просеивают.

Приготовление формовочной  смеси включает несколько операций: перемешивание компонентов смеси, увлажнение и разрыхление.

Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах с вертикальными  или горизонтальными катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают  при помощи дозатора, перемешивание  осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.

Готовая смесь выдерживается  в бункерах-отстойниках в течение 2…5 часов, для распределения влаги  и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц.

Готовую смесь разрыхляют в специальных устройствах и подают на формовку.

Приготовление стержневой смеси

Стержневые смеси  соответствуют условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь более  высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

Огнеупорность смеси  – способность смеси и формы  сопротивляться растяжению или расплавлению под действием температуры расплавленного металла.

Газопроницаемость смеси  – способность смеси пропускать через себя газы (песок способствует ее повышению).

В зависимости от способа  изготовления стержней смеси разделяют: на смеси с отвердением стержней тепловой сушкой в нагреваемой оснастке; жидкие самотвердеющие; жидкие холоднотвердеющие  смеси на синтетических смолах; жидкостекольные смеси, отверждаемые углекислым газом.

Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут  с последующим выстаиванием в  бункерах.

В современном литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках.

29. Литьё  в кокиль

Кокильное литьё, способ получения фасонных отливок в  металлических формах — кокилях (См. Кокиль). В отличие от других способов литья в металлические  формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при Л. в к. 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 Л. в к. 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.