Материаловедение

Литье в оболочковые  формы по сравнению с литьем в  песчано-глинистые формы имеет  существенное преимущество — простоту автоматизации получения форм. Но надо отметить, что литьем в оболочковые  формы невозможно получать крупногабаритные отливки и изделия особо сложной  формы.

 Литье в оболочковые  формы отливают: радиаторы парового  и водяного отопления, детали автомобилей и ряда машин. 

20.  Литье в кокиль, сущность

Кокильное литье  – это литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей. Кокиль – металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая  расплавленным металлом под действием  гравитационных сил. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем  кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

 Данный метод  широко применяется при серийном  и крупносерийном производстве.

 Точность отливок  обычно соответствует классам  5 -9 для отливок из цветных металлов  и классам 7-11 для отливок из  черных металлов (ГОСТ 26645-85). Точность  отливок, полученных в кокиле. По массе примерно на один  класс выше по сравнению с  песчаными формами.

Литье в кокиль ограничено возможностью изготовления крупногабаритных кокилей и обычно масса отливок  не превышает 250кг.

Широкая гамма изделий  для всех отраслей промышленности (детали двигателей, заготовки венцов зубчатых колес, корпусных деталей и т. д.).

 Марки выплавляемых  металлов:

 алюминиевые  сплавы: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК12, АК9, АК7;

 магниевые сплавы  МЛ5, МЛ6, МЛ12, МЛ10;

 медные сплавы;

 отливки из  чугуна;

 отливки из  стали: 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, также некоторые  легированные стали 110Г13Л, 5ХНВЛ 

21.  Литье под давлением, сущность

Принцип процесса литья  под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической  пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил  от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом.

Высокая точность, класс 1- 4 по ГОСТ 26645-85 (10 квалитет), низкая шероховатость  поверхности (практически не требует  обработки). Возможность изготовления отливок значительной площади с  малой толщиной стенок (менее 1 мм).

 Сплавы для  литья:

 цинковые сплавы: ЦАМ4-1, ЦА4М3;

 алюминиевые  сплавы АК12, АК9, АК7, АЛ2, АЛ9, АЛ4;

 магниевые сплавы: МЛ3, МЛ5;

 медные сплавы: ЛЦ40Сд, ЛЦ16К4.

Литье под давлением  является наиболее прогрессивным способом изготовления отливок из цветных  сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых, латуни), в последнее время широко применяется в точном приборостроении, автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности. Весьма разнообразны конструктивные особенности отливок, получаемых в формах литья под давлением: от простых типа опорных плит, колосников, болванок и втулок, до сложных типа картеров двигателей, головок блоков цилиндров, ребристых корпусов электродвигателей и стоек плугов. Литьем под давлением получают детали с особыми свойствами: повышенной герметичности, износостойкости (например, чугунные с поверхностным и местным отбелом), окалиностойкости и др. Важно подчеркнуть, что под давлением производят детали различного, в том числе весьма ответственного назначения.

Литье под давлением  является рациональным только в серийном — массовом производстве из-за трудностей изготовления формы и её высокой  стоимости. 

Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в  том, что заполнение полости формы  расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа. В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием, литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно-компрессионное литье).

 Главными преимуществами  являются возможность получения  заготовок с минимальными припусками  на механическую обработку или  без неё и минимальной шероховатостью  необработанных поверхностей, а  также обеспечение высокой производительности  и низкой трудоёмкости изготовления  деталей.

 Применяется для  литья поршней, головок блока  цилиндров из алюминиевых сплавов  и т. д., втулок, элементов подшипников. 

22.  Центробежное литье

Принцип центробежного  литья заключается в том, что  заполнение формы расплавом и  формирование отливок происходят при  вращение формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при её вращение по сложной траектории.

 Технология центробежного  литья обеспечивает целый ряд  преимуществ, зачастую недостижимых  при других способах, к примеру:

 высокая износостойкость.

 высокая плотность  металла.

 отсутствие  раковин.

 в продукции  центробежного литья отсутствуют  неметаллические включения и  шлак.

 Центробежным  литьем получают литые заготовки,  имеющие форму тел вращения:

 втулки

 венцы червячных  колес

 барабаны для  бумагоделательных машин

 роторы электродвигателей.

 Наибольшее применение  центробежное литье находит при  изготовлении втулок из медных  сплавов, преимущественно оловянных  бронз.

 По сравнению  с литьем в неподвижные формы  центробежное литье имеет ряд  преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм. 

23.  Состав формовочных и стержневых смесей

Формовочные и стержневые смеси служат материалом для изготовления разовых форм. Они составляются из песка, глины и других веществ. Процентное соотношение составляющих в смеси  зависит от вида литья (сталь, чугун  или сплавы цветных металлов).

К формовочным и  стержневым смесям предъявляются следующие  требования:

1) Пластичность, т.  е. способность хорошо формоваться  — легко воспринимать и отчетливо  сохранять определенную форму.  Пластичность улучшается прежде всего при увеличении влажности и количества глины в смеси.

2) Прочность, т.  е. способность сохранять форму  при воздействии внешних сил,  как-то: толчков, неизбежных при  изготовлении формы, струи металла,  стремящейся размыть форму, и  др. Прочность зависит также от  содержания глины и влажности,  причем каждому составу смеси  соответствует определенная влажность,  при которой прочность является  наивысшей.

3) Податливость, т.  е. способность сжиматься под  давлением отливки, уменьшающейся  в размерах при усадке. Если  смесь не будет достаточно  податливой, то возможны трещины  отливки, особенно около выступов. Лучшей податливостью обладает  крупный речной песок; глина  ухудшает податливость. Для улучшения  податливости в формовочные смеси  вводят выгорающие при сушке  форм добавки, например опилки.

4) Огнеупорность  — способность смеси противостоять  действию высокой температуры  заливаемого в форму металла.  Формовочные и стержневые смеси  не должны оплавляться или  размягчаться от соприкосновения  с расплавленным металлом, а также  пригорать к поверхности отливки.  Кварцевый песок и белая глина  имеют высокую огнеупорность.

5) Газопроницаемость  — способность пропускать газы. 11ри контакте горячего металла с влажными формами выделяются пары воды и газы, которые должны свободно выходить из формы через ее стенки. Кроме того, из формы должен выходить воздух, находящийся в ее полости. Если газопроницаемость смеси недостаточна, в отливках образуются газовые раковины. Хорошую газопроницаемость имеют смеси, содержащие крупный речной песок; глина ухудшает газопроницаемость. 

Формовочные смеси. Смеси разделяют на облицовочные, наполнительные и единые. Облицовочная смесь непосредственно соприкасается с металлом. Толщина слоя смеси 20—мм. Она должна обладать в полной мере всеми перечисленными свойствами. Наполнительные смеси служат для заполнения остальной части формы. К ним предъявляются, в первую очередь, требования прочности и газопроницаемости.

Единые смеси применяются  для изготовления всей формы при  машинной формовке.

Заливка металла  производится или в сырую форму, или в предварительно высушенную. Заливка в сырую форму, непосредственно  после формовки, экономически весьма выгодна, однако не всегда возможна. Прочность  сырой формы для крупного литья  оказывается недостаточной, и такое  литье производится в сухую форму.

Для формовки в сырую применяются формовочные смеси, содержащие от 8 до 12% глинистых веществ. Такие смеси называются тощими. Для предохранения чугунных отливок от пригорания к тощей смеси прибавляют молотый каменный уголь в количестве от 5 до 12% (по объему). Крупинки угля при соприкосновении с расплавленным металлом выделяют газы, которые располагаются тонким изолирующими слоем между стенками формы и металлом. Для дополнительной защиты чугунных отливок от пригара полость формы и стержни посыпают тонким слоем измельченного в порошок древесного угля, называемого припылом.

Для изготовления форм с последующей их сушкой применяют  жирные формовочные смеси, содержащие от 12 до 20% глинистых веществ. В эти  смеси вводят органические вещества в виде торфа или опилок, выгорающие при сушке; тем самым увеличивается  газопроницаемость и податливость форм.

Высушенные формы  для чугунного литья покрывают  внутри формовочными красками, содержащими  графит; для стальных отливок применяются  формовочные краски, содержащие порошкообразный  кварц и другие материалы.

Для формовки по шаблону  применяются формовочные смеси, содержащие свыше 25% глинистых веществ. Эти смеси называют глинами. 

Стержневые смеси. Стержни находятся в более  тяжелых условиях, чем стенки формы. Обычно стержни поддерживаются в  форме лишь концами (знаками), и при  заливке они почти полностью  находятся в расплавленном металле, который вначале стремится их вытеснить вверх, как более легкие, а после затвердевания сжимает  вследствие усадки. Если стержни при  этом не будут достаточно податливы, то в отливке появляются трещины. Выделяющиеся газы могут отводиться лишь через знаки стержней. Вследствие этих причин стержни должны обладать повышенной прочностью, огнеупорностью, податливостью и газопроницаемостью.

Стержневые смеси  разделяются по составу на песчано-глинистые и песчано-масляные. Песчано-глинистые смеси применяются в основном для изготовления крупных стержней на каркасах. Песчано-масляные смеси состоят из речного или кварцевого песка с добавкой связующих веществ: льняного масла, которое при перемешивании смеси обволакивает зерна песка, а при сушке окисляется, твердеет и придает стержню прочность; канифоли, которая вводится в смесь в виде порошка, а при сушке расплавляется и связывает зерна песка; декстрина, патоки и других веществ, которые вводятся в смесь в водных растворах и при сушке связывают песок. 

24.  Способы обработки металлов давлением, сущность

Обработка металлов давлением дает возможность получить изделие, которое получает окончательную  форму после дополнительной обработки, или готовое изделие, не нуждающееся  в дальнейшем изменении размеров. Обработка давлением обеспечивает массовое производство деталей одинакового  размера с минимальными затратами  времени и труда. Этот вид обработки  имеет ряд существенных преимуществ  перед другими способами в  отношении производительности и  экономии металла, поскольку в результате однократного приложения усилия можно  значительно изменить форму и  размеры деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла, заготовки, что  можно использовать для получения  деталей с наилучшими эксплуатационными  свойствами (прочностью, жесткостью, высокой  износостойкостью и т.д.) при наименьшей их массе.