Литье металлов

Выпуск металла из них осуществляется через отверстие в донной части

или путем отбора определенных порций ковшом небольшой емкости.

В раздаточно-подогревательной печи происходит подогрев предваритель -

но расплавленного металла, откуда его черпают разливочным ковшом и 

заливают в формы или камеры прессования литьевых машин. Такие

печи делаются подвижными либо, как, например, в литьевых машинах 

с горячей камерой прессования, монтируются в корпусе машины.

Плавильные печи по типу источника  нагрева делятся на 

отражательные, электрические, индукционные и газопламенные, а по 

конструктивным признакам —  на тигельные и камерные. Топливом для печей служат

газ, мазут, кокс, кроме fого, применяется  электроэнергия. Плавильные

печи должны обеспечивать: расплавление определенного количества 

металла, минимальное время плавки, минимальный расход топлива, 

минимальный угар металла, максимальное удобство обслуживания.

В тигельных печах плавка металла  производится внутри литого тигля,

изготовленного из жаропрочного чугуна или графита, где расплав не 

соприкасается с продуктами горения. Такие печи (рис. 5.2) работают на 

мазуте, газе или электроэнергии.

Преимуществом печей с графитовыми  тиглями является легкий 

переход с плавки одного металла  на плавку другого. Но из-за высокой 

стоимости и недолговечности тиглей их применение ограничено. Более

стойки чугунные тигли, но они имеют  существенный недостаток — 

способствуют обогащению алюминиевых  сплавов железом. Поэтому перед 

плавкой алюминия их смазывают специальным  жаростойким 

покрытием на оснве графита.

В газопламенных печах (рис. 5.2,д) источник тепла расположен с

внешней стороны тигля, поэтому  качество расплавленного металла 

мало зависит от применяемого источника  тепла, так как поверхность 

металла не соприкасается с продуктами горения. Выбор того или иного  ти -

па печи зависит от специфики производства и наличия на предприятии

определенного вида топлива.

В цехах с небольшим объемом  производства целесообразнее 

применять газопламенные тигельные  печи и электрические печи 

сопротивления, в цехах со значительным объемом производства литья — 

электрические индукционные печи емкостью 1,5—2,5 т.

Электрические печи сопротивления (рис. 5.2,6) по сравнению с 

газоплазменными имеют ряд преимуществ: лучшие санитарно-гигиенические 

условия труда; более высокий КПД (до 0,8); более высокое качество

расплава; меньший угар металла; возможность  ведения плавки в 

вакууме или в среде защитного  газа; возможность обеспечения легкой 

регулировки температуры; простота конструкции. Емкость таких печей 

обычно 0,5—2 т. Наиболее совершенными являются однотигельные печи

типа CAT.

Индукционные печи (рис. 5.2,в) являются наиболее совершенными.

Качество сплава, получаемого в  индукционных печах, зависит от 

температуры плавки, степени газонасыщения  и окисления расплава. Металл,

выплавляемый в индукционных печах, отличается высокой 

однородностью и чистотой. Преимущества таких печей — незначительный vrap

металла (менее 1%), высокая производительность, достигающая 

400 кг/ч, и максимальный КПД  (до 0,86).

Индуктор тигельной печи представляет собой многовитковую медную

трубку, через которую для охлаждения пропускают воду. Рабочая 

частота тока индуктора зависит  от емкости тигля, она тем выше, чем меньше

емкость печи. Благодаря вихревым токам, возникающим в 

расплавляемом металле, происходит его интенсивное движение в тигле, что 

улучшает теплопередачу и способствует получению однородного состава 

расплава.

Основные технические данные тигельных  плавильных печей, 

применяемых в светотехническом производстве, приведены в табл. 5.2.

В камерных печах плавка металла производится внутри замкнутой

емкости печи, которая выложена огнеупорным  материалом — так 

называемая футеровка (рис. 5.3) . Емкость  и производительность камерных

печей в большинстве случаев  значительно выше тигельных.

В отражательных газопламенных печах (рис. 5.3,я) сплав, 

соприкасаясь с продуктами горения, нагревается только сверху, поэтому, чтобы 

прогреть всю его толщу, ванну  печи делают неглубокой, но с большой 

поверхностью. Этим объясняется повышенный угар металла в таких печах.

Таким способом хорошо плавятся алюминиевые  и медные сплавы, 

однако расплав из-за соприкосновения  с продуктами горения получается

загрязненным. Возможны местные превышения температуры, так как 

перемешивать расплав в этих печах трудно. Существенным недостатком

отражательных газопламенных печей  является также неполное сгорание

топлива и значительная потеря тепла  с отходящими газами. Плавку, как 

правило, ведут под флюсом и применяют  рафинирование сплава, что 

позволяет получать сплавы хорошего качества. В качестве топлива 

используется мазут, реже газ.

Дуговые электрические печи (рис. 5.3,6) в основном 

применяются для расплава медных сплавов. Подогрев металла осуществляется

электрической дугой, образующейся между  двумя электродами.

Существенным недостатком таких  печей является неизбежность местного 

превышения температуры сплава из-за сконцентрированного источника 

тепла. В целях ликвидации превышения температуры во время плавки 

производят покачивание расплайа, что способствует перемешиванию и

выравниванию его состава. Емкость  таких печей незначительна, ОД5—1 т.

Наиболее распространены печи типа ДМБ, обеспечивающие незначитель-

1 ый угар металла (например, латуни 3—6 %).

Канальные индукционные печи (рис. 5.3,в) применяются в основном

для плавки алюминия. Отличительной  особенностью этих печей 

является наличие канала, заполненного металлом. Этот канал служит 

вторичным коротко замкнутым витком трансформатора, и в нем индуцируется

электрический ток большой силы. Благодаря теплу, выделяющемуся

в результате взаимодействия тока с  металлом, сплав разогревается.

Футеровка таких печей состоит  из основной емкости (шахты) и канала

(подовый камень). Недостатками  канальных индукционных печей  

являются сложность их переналадки  при переходе на плавку другой марки

сплава и высокая трудоемкость футеровки печей при ремонтных  работах.

Наибольшее распространение в  светотехническом производстве нашли

канальные индукционные печи типа ИАК. Форма шахты таких печей 

обеспечивает при плавке минимальный угар и исключает возможность

местного превышения температуры  сплава.

Основные технические данные камерных плавильных печей, 

применяемых в светотехническом производстве, приведены в табл. 5.3 [3].

Основные технические данные раздаточно-подогревательных печей

приведены в табл. 5.4 [44].

5.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ  ЛИТЬЯ 

В светотехническом производстве наибольшее распространение нашли 

процессы литья в разовые  и постоянные формы. Выбор toro или  иного 

способа литья определяется техническими возможностями предприятия,

масштабами производства отливок, требованиями к готовым изделиям

или полуфабрикатам. Рассмотрим наиболее распространенные способы 

литья.

Литье в разовые формы. В светотехническом производстве 

наибольшее распространение получили литье в землю, в оболочковые формы и

по выплавляемым моделям.

Литье в землю. Применяется ограниченно  при изготовлении деталей 

специального технологического оборудования во вспомогательном 

производстве и при изготовлении корпусных деталей специальных 

светильников из стали или других сплавов. Для осуществления процесса литья 

изготовляют разовую форму, которую  после заполнения ее металлом

разрушают. Формы обычно делают из специальных формовочных 

смесей в опоках с помощью  моделей. Модель — это приспособление для 

получения в форме отпечатка, соответствующего конфигурации и 

размерам отливки. Модель после  уплотнения формовочной смеси извлекают 

из формы.

Формовочная смесь составляется из песка, глины и вспомогательных 

связующих добавок: противопригарных, уменьшающих прилипаемость

смесей, увеличивающих газопроницаемость  и др. Правильный выбор 

формовочных смесей в литейном производстве имеет очень большое 

значение, так как формовочные  смеси влияют на качество получаемых

отливок. Известно, что около половины брака литья возникает по вине

формовочных материалов. Подробные  сведения о составах и способах

приготовления формовочных смесей приводятся в специальной 

литературе [43]. В табл. 5,5 приведены  составы некоторых песчано-глинистых 

формовочных смесей, применяемых в светотехническом производстве.

Уплотнение формовочной смеси, так называемая формовка, 

осуществляется, как правило, вручную. Иногда применяют пневматические

или другие механические трамбовки.

Длительность охлаждения отливок в форме определяется 

теплосодержанием металла, толщиной стенок отливки, теплофизическими свой-

ствами формовочных материалов и склонностью сплава к образованию 

трещин. Для небольших отливок  это время исчисляется минутами.

Средняя скорость охлаждения отливок в формах колеблется от 2 до

150 °С/мин. Обычно отливки извлекают  из формы при их температуре: 

чугун - при 700-800 °С, бронзу - при 300-500 °С, алюминий - при 

200-300 °С.

После выбивки стержней и деталей  из опоки производится обрубка»

литников и зачистка облоя, для чего используются прессы, 

металлорежущее оборудование либо галтовочные барабаны.

Контроль качества отливок осуществляют визуально, а для 

ответственных деталей - с применением  радиографической (рентгеноскопия

и другие методы) или ультразвуковой дефектоскопии, позволяющей

выявить наличие в детали раковин, пустот и прочих скрытых дефектов,

а также их размеры и глубину  залегания.

Литье в оболочковые формы. Применяется  в незначительных объемах 

при производстве корпусных деталей взрывозащищенного 

электрооборудования, а также светильников специального назначения. Форма, 

применяемая при этом способе литья, представляет собой прочную тонкую

оболочку F-10 мм) с гладкой рабочей  поверхностью и точными 

размерами полости.

Формовочная смесь представляет смесь мелкозернистого песка и 

синтетической термореактивной смолы C—7 %), являющейся связующим.

Такие смеси называются песчано-смоляными. Смолы размягчаются при 

температуре 70—120 °С, хорошо растворяются в спирте и ацетоне. При

нагреве до 200—250 °С термореактивные  смолы необратимо твердеют,

прочность их резко повышается и  сохраняется после охлаждения. На

этих свойствах термореактивных  смол и основаны способы получения 

оболочковых форм.

Таких способа два — холодный и горячий. При первом способе смолу

растворяют в техническом спирте или ацетоне и затем перемешивают с 

песком. После испарения растворителя смесь затвердевает. При втором

способе песок нагревают до 100— 120 °С и вводят в него пылевидную

смолу, которая, нагреваясь, обволакивает песчинки и склеивает их 

между собой.

Для изготовления оболочковых форм модельную плиту нагревают до

200—250 °С и на ее рабочую  поверхность пульверизатором или  кистью 

наносят тонкую пленку силиконовой  жидкости, предотвращающей 

прилипание смеси к модели. Затем сверху модели насыпается песчано-смо-

ляная смесь. Под воздействием тепла  слой смеси 6—10 мм, прилегающий 

к разогретой плите и модели, прогревается за 15—25 с до температуры 

расплавления смолы. В этом слое зерна смеси оказываются склеенными

смолой. Остальную сыпучую часть  смеси удаляют, переворачивая 

модельную плиту на 180°. Оставшуюся полутвердую оболочку вместе с 

модельной плитой помещают в печь, где она необратимо затвердевает при 

нагревании ее в течение 50—60 с  при 300—350 С. Таким же образом изготов-

ляют вторую оболочковую полуформу, а также стержни, применяемые 

для получения полостей в отливке (рис. 5.4).

Оболочковую форму 4 собирают, склеивая половинки быстротвер-

деющим термореактивным клеем. В охлажденную полуформу 

предварительно вставляют стержень 5, затем на края ее наносят клей и 

накладывают вторую горячую A20—150 °С) полуформу, прижимая ее к 

первой специальным приспособлением, и выдерживают 10 с для отвердения

клея. Для более точного спаривания полуформ в одной из них 

предусматривают выступы, а во второй — углубления. Готовая форма, а  также 

литник 2 устанавливают в металлическую  коробку — опоку 1 и 

засыпают песком или чугунной дробью 5. После заливки металла и

остывания формы извлекают отливку. Оболочки обладают достаточной 

прочностью и жесткостью в период заливки и затвердения сплава. Вместе с 

тем по мере прогрева теплом отливки  оболочка разрушается — 

прочность ее падает и она превращается в песок, что способствует свободной

усадке отливок. Это дает возможность  отливать сложные тонкостенные

крупногабаритные отливки, например ребристые корпусные детали

прожекторов большой мощности.

Литье по выплавляемым моделям. Применяется  при изготовлении

сложных высокохудожественных арматур  бытовых светильников из