Технологические основы конструирования литых деталей.

1.Cпособы получения литых деталей.
2.Изготовление отливок литьем в песчаные формы.
3.Литье по выплавляемым моделям.
4.Литье в кокиль.
5.Литье под давлением.
6.Технологические свойства отливок (страница кафедры МТ13).

1.Cпособы получения литых деталей.

В современном машиностроении большое количество деталей в каждом узле получают литьем. В производстве ДВС (двигателей внутреннего сгорания), турбин, компрессоров, металлорежущих станков масса литых деталей составляет 60-80% от массы машин. Преимущества: - возможность получения детали самой сложной конфигурации; - низкая себестоимость тонны литья. Недостатки: - пониженная прочность, неметаллические дефекты; - различные механические показатели в разных участках отливки; - склонность к образованию дефектов и напряжений; - качество отливки зависит от технологии литья и конструкции детали. Все способы получения отливок можно разделить на 3 группы: 1) Изготовление отливок в разовых формах, выдерживающих однократное заполнение: а) литьё в сухие и сырые песчаные формы; б) литьё в оболочковые формы; в) литьё по выплавляемым моделям; г) литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям; 2) Литьё по растворяемым моделям: а) литьё в кокиль; б) литьё под давлением; в) центробежное литьё; 3) Изготовление отливок в комбинированных и полупостоянных формах, изготовливаемых из металлов со сменнымыми стержнями или из огнеупорных материалов: а) литьё в кокиль со сменным стержнем; б) литьё в футированную изложницу или со стержневой вставкой; в) литьё в формы из угнеупорных материалов (керамические, асбестоцементованные, графитовые)

2. Изготовление отливок литьем в песчаные формы.

Литейная песчаная форма состоит из нижней и верхней полуформы, которая изготовляется по моделям в опоках. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимориентируют при помощи фиксирующих штырей. Для образования полости или сложных поверхностей в форму устанавливают стержни, которые фиксируют при помощи выступов. Выступы, входящие в соответствующие впадины, полости формы, литейные стержни изготавливаются в стержневых ящиках. Для подвода расплавленного металла в полость формы, обеспечения ее заполнения, питания отливки при затвердевании, облегчения выхода газов из полости заливки и контроля заливки служит литниково-питающая система. Литейная оснастка. Опоки, металлические ящики, поддоночные плиты, сушильные плиты, модельные комплекты - совокупности оснастки и приспособлений, необходимых для получения моделей при формовке рабочей полости литейной формы (литейная модель, стержневой ящик, модели элементов литейной системы, модельные плиты и другие приспособления). Модель - присоболение, с помощью которого в форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки. Различают модели: разъемные и неразъемные. Конструкция модели и стержневых ящиков должна обеспечить равномерное уплотнение смеси и быстрое удаление модели из формы или стержня из стержневого ящика без разрушения. При изготовлении моделей из стержневых ящиков необходимо предусматривать припуски на механическую обработку, формовочные уклоны на вертикальных поверхностях моделей, галтели (скругления), должна учитываться усадка сплава. Модели могут быть изготовлены из дерева, чугуна, цветных металлов, пластика - для коррозионно-стойких и сложных отливок высокой точности. Формовочные уклоны - 0,5-1 градус. Этапы изготовления моделей: 1) Изготовление чертежа модели; 2) Изготоление деревянной модели, предназначенной для получения металлической заготовки; 3) Литьё металлической заготовки; 4) Механическая обработка заготовки. Для повышения качества расплавов используют: 1) Обработку металла синтетическим шлаком; 2) Вакуумную дегазацию металла; 3) Плавку в вакуумных печах; 4) Электрошлаковый переплав; 5) Вакуумно-дуговой переплав; 6) Вакуумно-индукционный переплав; 7) Переплав в электронно-лучевых печах; 8) В плазменных печах. Сырые формы. Заливают жидкий металл сразу после изготовления. Применяется для изготовления средних отливок до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов. В отдельных случаях - до 5000 кг. Сухие формы. Используются для изготовления крупных, сложных, чугунных отливок и стальных отливок ответственного назначения массой больше 100 кг. После изготовления формы сушат в специальных печах 8-12 часов. Подсушенные формы. Применяются для производства сложных отливок со значительными плоскими поверхностями. В подсушенных формах изготовляют отливки из чугуна и стали массой до 5000 кг. Подсушка осуществляется на глубину 100-150 мм (газовыми сушильными установками, электрическими инфракрасными лампами). Химически твердые формы. Изготовляют из специальных смесей (чаще всего содержат жтдкое стекло). Упрочнение таких форм производяи продувкой СО2 в течение нескольких минут, либо другими способами. В таких формах получают разнообразные отливки из чугуна, стали и цветных сплавов, масоой до 200000 кг. Изготоление песчаных форм. Процесс изготовления песчаных форм называется формовкой: уплотнение форм смеси, учтройство в форме вентиляционных каналов, извлечение литейной моддели из формы, отделка и сборка литейной формы. Формовка бывает ручная, машинная, автоматизированная и автоматическая. Повышение качества формы обеспечивается: 1) применением более точного изготовления формовочных плит; 2) применением вибрации при извлечении моделей; 3) более точным центрированием штифтов. Температура заливки формы: 1) тонкостенные отливки серого чугуна - 1360-1450 градусов; 2) толстостенные отливки серого чугуна - 1380-1400 градусов; 3) ковкий чугун - 1380-1400 градусов; 4) аллюминиевые сплавы - 690-750 градусов; 5) магниевые сплавы - 690 - 800 градусов. Температура выбивки: 1) чугунные отливки (мелкие) - 700-800 градусов; 2) чугунные отливки (средние) - 400-500 градусов; 3) чугунные отливки (крупные) - 300-400 градусов; 4) стальные отливки - 750-800 градусов; 5) алюминивые отливки - 200-300 градусов.

3.Литье по выплавляемым моделям.

Отливки получают путем заливки расплавленного металла в выплавляемые формы, оболочка которых, оболочка которых образуется за счет многократного погружения выплавляемой формы в огнеупорную смесь с последующей обсыпкой и отверждением (до 10-12 раз). Выплавляемые модели изготовляют из составов, состоящих из нескольких легкоплавких компонентов (парафин, стеорин и т.д.). Температура плавления модельного состава 50-100 градусов. Модельный состав помещают в пресс-формы - они могут состоять из двух или более частей с ввертикальными или горизонтальными разъемами. Модельный состав запрессовывают в формы на автоматах или вручную. Прессформы для массового производства - стальные, для мелкосерийного - аллюминивые или гипсовые. После затвердевания модельного состава прессформу раскрывают и модель выталкивают в ванну с водой. После охлаждения модели собирают в модельные блоки (склеиванием, механическим соединением и т.д.). В один блок объединяют до 100 моделей. Литейные формы изготовляют многократным погружением модельного блока в огнеупорную суспензию с последующей обсыпкой кварцевым песком. На модельный блок наносят 4-6 слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя. Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде, паром и другими способами, затем сушат в течение 1,5 - 2 часов при температуре 200 градусов. Высушенные оболочки ставят вертикально в жаростойкие опоки и вокруг оболочек засыпается сухой кварцевый песок, который уплотняют. Опоку помещают в электропечь для прокалки в течение 2 часов при температуре 900-950 градусов. Сразу после прокалки в форму заливают расплавленный металл. Помле охлаждения окончательная очистка отливки - промывка расвором NaOH при температуре 150 градусов, промывка проточной водой, сушка, термообработка, контроль. Преимущества способа: 1) высокая точность; 2) вес отливок от нескольких грамм до 30 кг; 3) малая шероховатость поверхности; 4) возможность получения отливок из жаропрочной стали; Температура заливки: сталь, чугун - 800-900 градусов; никелевые сплавы - 900-1100 градусов; медные сплавы - 600-700 градусов; Себестоимость процесса в 3-10 раз выше, чем при литье в песчаные формы, но общие расходы могут быть на 20-80% меньше.

4.Литье в кокиль.

Отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы - кокиль. Виды кокилей: 1) вытряхные (неразъемные) - отливки простой конфигурации; 2) с вертикальным разъемом - отливки несложной конфигурации с небольшими выступами и впадинами на наружной поверхности; 3) с горизонтальным разъемом - изготовление крупных, простых по конфигурации отливок. Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями (для чугунных и стальных отливок - песчаные и оболочковые стержни, для цветных сплавов - металлические). Для удаления воздуха и газов из формы по полости разъема кокиля выполняют вентиляционный канал. Заданный тепловой режим обеспечивает система подогрева и охлаждения. Перед работой рабочую поверхность кокиля и металлические стержни очищают от остатков теплозащитного покрытия, затем на рабочую поверхность наносят теплозащитное покрытие, которое предохраняет стенки от воздействия высоких температур, улучшает заполняемость кокиля, обеспечивает извлечение отливки. Теплозащитное покрытие выполняют из огнеупорных материалов. Его наносят, как правило, пульверизатором на предварительно нагретый (40-180 градусов) кокиль; толщина слоя 0,3-0,8 мм. Заключительной операцией подготовки кокиля является его нагрев до температуры 180-480 градусов в зависимости от сплава и толщины стенок. Сборка кокиля сводится к установке металлических или песчаных стержней в определенной последовательности, соединении половин кокиля и их скреплении. После заливки металла, отливки охлаждают до температуры 0,6-0,8 от температуры солидуса сплава. Разновидностью кокильного литья является литье в облицовочный кокиль. Кокиль облицовывают формовочной смесью с термореактивной связующей толщиной 3-4 мм. литье в кокиль применяют в массовом и серийном производстве для изготовления отливок с толщиной стенок 3-10 мм, и весом отливки от нескольких десятков грамм до до нескольких сотен килограмм. Преимущества способа: 1) сокращается расход формовочной смеси; 2) затвердевание происходит в условиях интенсивного отвода тепла; 3) высокая геометрическая точность и малая шероховатость поверхности отливки; 4) снижение припусков на механическую обработку; 5) способ поддается полной автоматизации. Недостатки: 1) сложность получения тонкостенных отливок; 2) трудность изготовления отливок со сложной конфигурацией для славов, имеющих значительную усадку; 3) при отливке стальных отливок стойкость кокилей резко сокращается по сравнению с отливками из цветных металлов.

5.Литье под давлением.

Отливки получают в металлических формах (прессформах), при этом заливка в форму и формирование отливки осуществляется под давлением. Отливки получают на специальных машинах с холодной или горячей камерой прессования. Процесс осуществляется под давлением 40-100 МПа; перед заливкой прессформу покрывают специальными смазками для устранения привариавния. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05-0,3 мм. Каналы расположены в плоскости объема прессформы. Другой способ удаления воздуха - вакуумирование рабочей полости перед заливкой расплавленного металла. Применяют литье под давлением для получения отливок из Cu, Al, Mg, Zn сплавов массой меньее 45 кг. Производительность таких отливок 1000-3600 штук в час. Отливки получают с высокой чистотой поверхности. Толщина стенок 0,8-6 мм. Температура заливки выбирается на 10-30 градусов выше температуры ликвидуса. Прессформу перед заливкой нагреваютна 100-320 градусов. Температура заливки для цинковых сплавов - 393-433 градусов; для сплавов из аллюминия - 453-523 градусов; для сплавов из магния - 473-513 градусов; для латуни - 553-593 градусов; для стали - 473-553 градусов. Для регулирования температурного режима работы в конструкции предусматривают систему охлаждения или теплоизоляцииотдельных элементов прессформы. Величина давления для горячей камеры:10-30 МПа. Литье под давлением испольуется в массовом и крупносерийном производстве отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм. Получают сложные тонкостенные отливки с высокой точностью размеров и малой шероховатостью. Преимущество способа состоит в снижении трудоемкости получения отливок в 10-15 раз. Надостатки: 1) Вентиляционные каналы отводят только 10-30% газов, поэтому отливки на поверхности имеют газ, пористость, низкую пластичность; 2) из-за высокого давления на металл при заливке по плоскости разъема формы есть заливы, которые необходимо удалять; 3) стоимость прессформы в 3-5 раз выше кокиля.