Багров Н.М., Г.А. Трофимов, В.А. Андреев В.В. Основы отраслевых технологий

Подождите немного. Документ загружается.

101

Рис. 4.4. Производственная структура машинострои-

тельного предприятия

см. Аосновы отр техн сбор 2010а граф

102

В настоящее время мировое производство литья со-

ставляет более 8·10

т в год и охватывает более 1/3 всех опе-

раций заготовительного производства. В общем машинострое-

нии оно (по массе) занимает более 60% производства всех

деталей машин. Литьем получают как многие металлоемкие,

сложные по форме, но малоответственные изделия вроде ба-

тарей отопления, так и весьма ответственные детали, какими

являются автомобильные блоки цилиндров, поршни, турбин-

ные лопатки, колеса, всевозможные станины, лопасти гидро-

турбин и другие изделия. Литейное производство широко ис-

пользуется в авиастроении, судостроении, приборостроении,

радиоэлектронике, ракетостроении и атомной энергетике – при

изготовлении отливок из тугоплавких сплавов. Большой спрос

на литье наблюдается в химическом машиностроении, где ши-

роко используются трудно обрабатываемые жаропрочные и

коррозионно-стойкие сплавы.

Наибольшее количество литья – около 70% от массы

всех отливок – производят из серого чугуна, далее идет сталь-

ное литье (около 20 %), литье из ковкого чугуна (около 8%), из

медных, алюминиевых, титановых и цинковых сплавов.

Современное литейное производство использует око-

ло 50 различных технологий, при этом наиболее часто приме-

няемыми являются следующие виды литья: в песчано-

глинистые формы, в металлические формы (кокиль), под дав-

лением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы,

центробежное литье, электрошлаковое литье, а также литье

под низким давлением, вакуумным всасыванием, выжимани-

ем, жидкой штамповкой.

Формы для заливки металлом применяются разовые

(для одной заливки с последующим разрушением) и многоразо-

вые. Рассмотрим основные виды литья.

4.3.2. Литье в песчано-глинистые формы. Литье в

песчано-глинистые формы находит широкое применение при

производстве крупногабаритных заготовок преимущественно из

чугуна и стали. Для его технологического обеспечения изготав-

ливается модельный комплект – набор приспособлений и ин-

струментов, необходимых для изготовления формы. В этот на-

бор входят:

• модель отливки – деревянное изделие, полностью соответ-

ствующее по форме и размерам будущей отливке и предназна-

ченное для получения в песчано-глинистой смеси соответст-

вующей полости;

103

• стержневые ящики – для изготовления стержней, которые уста-

навливаются в форму с целью создания внутренних полостей

или отверстий в отливке;

• модель литниковой системы – деревянное приспособление,

предназначенное для образования в песчано-глинистой смеси

системы каналов, подводящих расплав в полость формы и от-

водящих газы;

• опока – приспособление в виде жесткой рамы (открытого ящи-

ка), служащее для удержания в нем формовочной смеси при

изготовлении форм, транспортирования и заливки металлом;

• подмодельная плита – приспособление, на котором монтиру-

ются рассмотренные выше элементы.

Операции могут выполняться вручную, механизирован-

ными и автоматизированными способами.

Модельная оснастка изготавливается из дерева, метал-

ла, пластмасс, гипса и др. материалов. Выбор материала осна-

стки зависит от применяемой технологии литья и серийности

производства отливок.

Приготовление формовочных и стержневых сме-

сей состоит в подготовке и смешивании формовочных материа-

лов, к которым относятся огнеупоры (кварцевый песок, шамот –

огнеупорный кирпич); связующие – для придания смеси прочно-

сти (глина, смолы, жидкое стекло).

Технологический процесс литья состоит из следующих

операций.

На подмодельную плиту 1 (рис. 4.5, а) устанавливается

опока 3, в нее – нижняя часть модели 2, затем все засыпается

глинисто-песчаной смесью, утрамбовывается, и накалываются

отверстия для выхода газов (рис. 4.5, б). Затем опока перевора-

чивается, на нее устанавливается верхняя часть модели 4

(рис. 4.5, в) и вторая опока. Снова засыпается смесью, устанав-

ливаются литниковые модели 5 и 6 (рис. 4.5, г), делаются отвер-

стия для выхода газов. Затем верхняя опока снимается, модель

вынимается, вставляются стержни под будущие отверстия 7,

форма собирается, сушится и поступает под заливку. Процессы

формовки, как правило, механизированы.

104

Рис. 4.5. Формовка и изготовление отливки

в песчано-глинистой форме

После заливки металла в форму и его застывания фор-

ма разбивается, выбиваются стержни, отливка (рис. 4.5, е) по-

ступает на обрубку литника 8 и выпора 9 и на зачистку.

4.3.3. Литье в оболочковые формы. Литье в оболочко-

вые формы применяют при массовом производстве отливок не-

больших размеров (до 1 м и массой до 200 кг), преимущественно

тонкостенных. На рис. 4.6 приведена схема получения оболочко-

вой формы. Поворотный бункер 1 (рис. 4.6, а) наполняется фор-

мовочной смесью из песка и термореактивной фенолоформаль-

дегидной смолы. Затем нагретую до 150–220°С металлическую

плиту 2 с закрепленной на ней металлической моделью устанав-

ливают над бункером (4.6, б) и переворачивают вместе с ним

(рис. 4.6, в). Формовочная смесь падает на нагретую модель,

плавится, обволакивает тонким слоем модель и образует на ее

поверхности пленку толщиной 6–8 мм. При обратном повороте

бункера в нем остается избыток смеси, а на форме образуется

оболочка (3, рис. 4.6, г). Для завершения реакции образования

пленки оболочку вместе с плитой помещают на 30–40 сек. в печь

4 (рис. 4.6, д), нагретую до 250-300°С. Затвердевшую оболочку

снимают с плиты толкателем (рис. 4.6, е), спаривают с другой

оболочкой (полуформой) зажимами или склеивают и получают

форму.

105

Рис. 4.6. Схема получения оболочковой полуформы

Собранную форму помещают в металлический ящик, за-

сыпают песком и заливают металлом. После затвердевания от-

ливки легко освобождаются от оболочки. В оболочковые формы

заливают чугун, сталь, а также сплавы цветных металлов.

Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ:

формовка легко автоматизируется с выдачей до 500 оболочек

в час; точность отливок в оболочковые формы составляет 0,3–

0,7 мм на 100 мм размера при высоком качестве поверхности,

поэтому сокращается или отпадает необходимость механиче-

ской обработки; расход формовочных материалов в сравнении

с формовкой в опоках сокращается в 8–18 раз, отпадает необ-

ходимость в опоках.

4.3.4. Литье по выплавляемым (выжигаемым) моде-

лям. Сущность литья состоит в том, что модель изготавливает-

ся из легкоплавкого или сгораемого материала, выплавляюще-

гося (или сгорающего) при заливке формы металлом (рис. 4.7).

Литье по выплавляемым (выжигаемым) моделям приме-

няют при производстве отливок сложной конфигурации из лю-

бых литейных сплавов, в том числе из высоколегированных ста-

лей, имеющих высокую температуру плавления и трудно под-

дающихся механической обработке и ковке. Получаемые отлив-

ки отличаются высокой точностью изготовления и чистотой об-

работки.

106

Рис. 4.7. Литье по выплавляемым моделям

Технологический процесс состоит из этапов:

1) изготовление пресс-формы для производства моде-

лей деталей и литниковых систем;

2) изготовление выплавляемых моделей путем заполне-

ния пресс-формы легкоплавким жидким или пастоообразным

составом (чаще из смеси стеарина с парафином);

3) изготовление моделей литниковой системы того же

состава;

4) сборка моделей и литниковой системы и покрытие их

огнеупорным составом из порошкообразного кварцевого песка с

добавкой раствора этилсиликата или жидкого стекла в качестве

связующего; этот облицовочный состав при прокаливании форм

образует прочную оболочку и обеспечивает точность отливки;

5) установка модели в опоке и засыпка ее песком;

6) заливка металлом с выплавкой (или выжиганием) моде-

ли.

Литьем по выплавляемым (выжигаемым) моделям изго-

тавливают режущий инструмент, лопатки турбин и т.д.

4.3.5. Изготовление отливок центробежным литьем.

Сущность метода состоит в том, что жидкий металл заливают во

вращающуюся литейную форму. Она вращается до застывания

металла отливки. При этом металл центробежной силой прижи-

107

мается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных,

с повышенной прочностью отливок, так как газы и неметалличе-

ские включения, обладающие меньшей плотностью, вытесняют-

ся во внутренние полости отливки и затем их удаляют механи-

ческой обработкой.

Ось вращения формы может быть горизонтальной,

вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно

меньше ее длины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения

формы размещают горизонтально (рис. 4.8, а, в). Если же диа-

метр отливки больше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни),

то ось вращения располагают вертикально (рис. 4.8, б).

Рис. 4.8. Схемы центробежного литья:

1 – электродвигатель, 2 – стержень, 3 – форма, 4 – неподвижный

желоб, 5 – заливаемый чугун

В обоих случаях ось отливки совпадает с осью вращения

формы, и внутренняя полость получается без стержней, а тол-

щина стенки отливки определяется количеством заливаемого

металла. Этот способ используют при изготовлении отливок,

имеющих форму тела вращения. Использование высокопроиз-

водительных центробежных установок, отсутствие стержней и

работ, связанных с их производством, намного повышают про-

изводительность труда, а отсутствие литниковой системы значи-

тельно экономит металл.

108

Центробежное литье применяют в массовом, серийном и

индивидуальном производстве отливок из различных сплавов в

металлических и песчаных формах. Этим способом отливают

фановые трубы (рис. 4.8, в), цилиндровые втулки, шестерни,

шкивы, орудийные стволы и т.д.

4.3.6. Изготовление отливок в металлических фор-

мах (кокилях). Сущность заключается в том, что вместо разо-

вой песчано-глинистой формы используют металлическую

форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению с песча-

но-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высо-

кой теплопроводностью, кокиль обеспечивает мелкозернистую

структуру отливок, что повышает их прочность. При кокильном

литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в

формовочных и стержневых смесях, что дает большую эконо-

мию, повышает точность изготовления и чистоту поверхности.

Обслуживание кокилей не требует высокой квалификации. Не-

достаток кокилей – их высокая стоимость, что позволяет при-

менять их только в серийном и массовом производстве. Кроме

того, при этом способе могут появляться трещины на отливке

при ее остывании из-за неподатливости металлических пресс-

форм. Литье в кокиль применяется при массовом производстве

отливок из черных и цветных металлов.

Кокиль изготавливают из чугуна или стали. При литье из

легких сплавов применяют стальные и чугунные стержни, при

литье из стали, чугуна и медных сплавов – песчаные стержни.

На рис. 4.9 приведена форма, подготовленная к заливке.

Она состоит из двух разъемных половинок кокиля 1,2; стержня 3 и

крышки 4 с отверстиями для заливки. Для предотвращения отбела

чугуна и разгара кокиля на его поверхность наносят тонкую песча-

но-смоляную облицовку или краску. После заливки и остывания

металла кокиль открывается и вынимается отливка, причем она не

требует дальнейшей обработки. При литье из легкоплавких спла-

вов цветных металлов кокиль выдерживает десятки тысяч заливок,

из стали и чугуна – от 100 до 5000 заливок в зависимости от раз-

мера отливок.

109

Рис. 4.9. Схема кокиля:

1, 2 – верхняя и нижняя полов

и-

ны кокиля, 3 – стержень,

4 – крышка

4.3.7. Литье под давлением. Сущность литья под дав-

лением состоит в том, что пресс-форма заливается жидким ме-

таллом под принудительным давлением. Литье под давлением

применяют главным образом для алюминиевых, магниевых и

цинковых сплавов. Давление обеспечивает быстрое и хорошее

заполнение пресс-формы, высокую точность и малую шерохова-

тость поверхности. Так как стоимость пресс-формы высокая, то

литье под давлением применяют только в массовом производ-

стве, когда в одной и той же форме можно получить до тысячи и

более отливок. Производительность машин очень высокая – до

3000 отливок в час при работе в автоматическом режиме.

Машины для литья под давлением имеют холодную или

горячую камеру прессования.

Машины с холодной камерой прессования приме-

няют для литья алюминиевых, магниевых и медных сплавов,

при этом сначала в камеру заливается дозированное количество

металла из печи, затем производится прессование.

На рис. 4.10,а приведена рабочая зона машины с холод-

ной камерой прессования 1. Дозированное количество расплав-

ленного металла предварительно заливается в камеру, затем

плунжер (поршень) 2 давит на залитую порцию металла 3 и на

пяту 4, которая перемещается вниз, открывает отверстие литни-

ка 5, и металл, через мундштук 8, заполняет пресс-форму. Не-

подвижная часть пресс-формы 9 и подвижная 11 (рис. 4.10,б)

составляют полость, соответствующую отливке. Стержень 10 ну-

жен для образования отверстия. Затвердевание отливки длится

несколько секунд, после чего форма открывается и готовая от-

ливка 6 выталкивается из формы толкателем 7.

110

Рис. 4.10. Схема литья под давлением с холодной камерой

Машины с горячей камерой прессования применяют

для литья из цинковых сплавов. Камера 4 и тигель

5 (рис.

4.11) представляют собой чугунную отливку, которая нагрева-

ется индуктором 6, и сплав поддерживается в жидком со-

стоянии. При поднятом плунжере 3 (как на схеме) сплав через

отверстие 2 переливается из тигля в камеру. При движении

вниз плунжер перекрывает отверстия 2, сплав заполняет полость

пресс-формы 1 и затвердевает. После застывания металла пор-

шень снова поднимается и металл из тигля через отверстие 2

сливается в камеру 4. Пресс-форма раскрывается и отливка вы-

талкивается.

Рис. 4.11. Схема

литьевой машины

с горячей камерой

прессования

4.3.8. Прочие виды литья. Литье методом вакуумного

всасывания заключается в том, что в плоскости формы создает-

Тигель (нем. Tiegel) – сосуд для плавки металла.