Моргунов В.Н. Основы конструирования отливок. Параметры точности и припуски на механическую обработку

Подождите немного. Документ загружается.

Основные преимущества и недостатки

Главное преимущество литья в песчаные формы состоит в том,

что это самый простой и дешевый способ изготовления отливок по

сравнению с другими способами литья. Этот способ почти не огра-

ничен по размерам, массе и конфигурации изготовляемых отливок,

так же как и по применяемому сплаву для ее изготовления

Этот способ литья имеет наименьшую продолжительность освое-

ния новой технологии по сравнению с другими способами и не огра-

ничен по серийности производства, а при индивидуальном производ-

стве это самый экономически выгодный способ производства.

Основными недостатками литья в песчаные формы являются:

- использование больших производственных площадей и энерго-

емкого технологического и

подъемно-транспортного оборудования;

- сложность, иногда невозможность изготовления мелких, тон-

костенных отливок;

- сложность изготовления отливок с высокими требованиями по

точности (невысокая точность изготовления отливок требует назна-

чения завышенных припусков на механическую обработку; КИМ

заготовки не более 60–70 %);

- неудовлетворительные условия труда, особенно при исполь-

зовании современных смесей на основе различных смол

и т. д.

Целесообразность и область применения

Этот способ литья экономически целесообразен при любом харак-

тере производства, для деталей любых массы, конфигурации, габари-

тов, для получения отливок практически из всех литейных сплавов.

Этот способ литья является основным для производства отливок из

чугуна и стали в различных отраслях машиностроения. А для

изго-

товления массивных, крупногабаритных отливок это единственный

способ литья.

Данный способ литья накладывает определенные ограничения на

толщину стенок изготавливаемых отливок.

Литьем в песчаные формы не рекомендуется изготавливать от-

ливки с толщиной стенок:

- для отливок из ЧПГ массой до 5 кг марок СЧ10-СЧ15 – менее

5 мм; СЧ20 – СЧ25 – менее 10 мм; СЧ30 – менее 12 – 16 мм;

- для отливок из ЧПГ массой до 100 кг марок СЧ10 – СЧ15 – ме-

нее 10 мм; СЧ20 – СЧ25 – менее 14 мм; СЧ30 – менее 16–18 мм;

- для отливок из ЧПГ массой до 500 кг марок

СЧ10 – СЧ15 – ме-

нее 14 мм; СЧ20-25 – менее 16 мм; СЧ30 – менее 18 мм;

- для отливок из ВЧШГ массой до 2 кг – менее 3–4 мм; массой

до 50 кг – менее 6 – 8 мм; св. 50 кг – менее 10–20 мм;

- для отливок из нелегированной стали массой до 2 кг – менее

8 мм; до 50 кг – менее 12 мм; более 50 кг – менее 20 мм;

для отливок из алюминиевых сплавов размерами до 200 мм –

менее 3–5 мм; до 800 мм – менее 5–8 мм.

3.2.2. Литье в оболочковые формы

Отличие литья в оболочковые формы состоит в том, что в данном

способе используется своеобразная форма в виде оболочки. Оболоч-

ку выполняют из песчано-смоляных смесей по горячей модельной

оснастке, а также из химически твердеющих смесей по холодной мо-

дельной оснастке.

Литье в оболочковые формы применяют для изготовления слож-

ных и

ответственных фасонных отливок повышенной точности мас-

сой от сотней граммов до 150 кг и выше, габаритными размерами до

1500 мм и минимальной толщиной стенки до 3 мм.

Применение толстостенных оболочек из химически твердеющих

смесей толщиной порядка 50–150 мм позволяет изготавливать от-

ливки из чугуна массой до 40 тонн.

На рис. 7 показана схема изготовления оболочек из

ХТС. Ее полу-

чают наддувом смеси с помощью пескодувной машины в простран-

ство между моделью и сушителем. После наддува смеси и отвержде-

ния оболочки на модели в сушителе их помещают в печь для полного

отверждения. После полного отверждения оболочки в печи её извле-

кают из сушителя и снимают с модели.

Рис.7. Схема устройства для изготовления оболочек из ХТС:

1 – камера пескодувной машины;

2 – плита надувная с отверстиями;

3 – модель; 4 – оболочка; 5 – сушитель

Особенности литья

Применение в смеси термореактивных смол в качестве связующе-

го (3–9 % от массы песка) обеспечивает быстрое отверждение обо-

лочки (30–90 с) и высокую ее прочность при растяжении (до 5 МПа).

Отверждение формы непосредственно на модели дает достаточно

точные и стабильные размеры. Точность размеров отливки соответ-

ствует 15–14 квалитетам, а шероховатость поверхности соответству-

ет R

а 40 – Rа 5,0.

Одной из важных особенностей литья в оболочковые формы явля-

ется свойство оболочки на термореактивных смолах разупрочняться

при воздействии высоких температур (т. е. при заливке в нее распла-

ва). Это способствует свободной усадке отливки в форме, снижению

внутренних напряжений, возникающих при усадке. Разупрочнение

оболочки после ее заливки металлом значительно

облегчает выбивку

форм и очистку отливок. Здесь следует отметить, что оболочковые

стержни применяются при других способах литья, особенно при вы-

полнении в отливках сложных, небольших по размерам полостей.

Основные преимущества и недостатки

Преимуществами литья в оболочковые формы являются:

- значительная длительность хранения литейной формы (обо-

лочки) из-за ее

негигроскопичности (на термореактивных смолах);

- снижение припусков на механическую обработку и соответст-

венно увеличение КИМ заготовки до 80–95 %;

- уменьшение объема грузопотоков и производственных работ

на операциях приготовления формовочной смеси, изготовления

стержней и литейных форм (расход формовочных материалов по

сравнению с литьем в ПФ снизится в 10–20 раз; объем транспорти-

ровки и переработки формовочных материалов сокращается в

8–10 раз);

- уменьшение в 2–4 раза трудозатрат на выбивку и очистку ли-

тья по сравнению с литьем в ПФ;

- увеличение в 1,5 – 2 раза выхода годного за счет снижения

брака;

- возможность изготовления сложных тонкостенных фасонных

отливок.

К основным недостаткам способа литья можно отнести:

высокую стоимость связующего и повышенное выделение

вредных веществ при заливке форм;

- недостаточную жесткость оболочек и их коробление при габа-

ритных размерах свыше 1500 мм, что ограничивает область приме-

нения данного способа литья по массе и габаритным размерам.

Целесообразность и область применения

Литьем в оболочковые формы получают сложные отливки с вы-

сокой

развитостью поверхности (например, ребристые цилиндры

двигателей с воздушным охлаждением, распределительные и колен-

чатые валы, гильзы, звездочки, зубчатые колеса и т. п.) в условиях

массового и крупносерийного производства (нецелесообразно изго-

товление отливок литьем в оболочковые формы менее 200 шт.) с

предпочтительной массой 5–15 кг и габаритами до 500–700 мм.

Данный способ литья предъявляет определенные

требования к

конструкции и толщине стенок изготавливаемой литой детали.

Конфигурация литой детали должна обеспечивать возможность

извлечения модели из формы (оболочки).

Не рекомендуется изготавливать литьем в оболочковые формы

глубокие коробчатые литые детали (так как высокая текучесть фор-

мовочной смеси на горячей модели может привести к образованию

оболочки с разной толщиной стенок, что

приведет к браку).

Литьем в оболочковые формы не рекомендуется изготавливать

отливки с толщиной стенок:

- для мелких чугунных отливок менее 2,0–2,5 мм;

- для стальных отливок – менее 3–4 мм.

Оптимальная толщина стенок отливок находится в пределах 2–8 мм.

Следует избегать литьем в оболочковые формы отливок с сочета-

нием массивных и тонких частей, так как применение холодильников

и прибылей усложняет процесс изготовления оболочек.

Для свободного съема оболочки с модели отливка должна иметь

конструктивные уклоны в пределах 0,5–5,0

Отливка должна иметь минимальное количество полостей, изго-

тавливаемых стержнями.

Литьем в оболочковые формы можно выполнять отверстия диа-

метром до 6 мм (при толщине стенок 10–12 мм).

3.2.3. Литье по выплавляемым моделям

Этот способ получения отливок в многослойных, оболочковых,

неразъемных, разовых керамических формах с использованием вы-

плавляемых, выжигаемых и растворяемых моделей. Позволяет изго-

товить фасонные отливки массой до 150 кг из любого литейного

сплава очень сложной конфигурации, тонкостенных, с повышенной

точностью размеров и поверхности. Размерная точность соответству-

ет 15–12 квалитетам, а шероховатость поверхности – Rа

20 – Rа 2,5.

Особенности литья

В данном способе литья модель изготавливается в специальных

пресс-формах. Этим достигается высокая точность изготовления мо-

дели. Модель не имеет разъема и служит для изготовления одной

детали (т. е. нет износа модели), что значительно увеличивает раз-

мерную точность отливок.

Своеобразный способ изготовления литейной формы (керамиче-

ской

оболочки толщиной 2–8 мм) без механического воздействия на

модель, отсутствие разъема формы и оригинальный способ удаления

модели из формы (выплавление, выжигание, растворение) обеспечи-

вают высокую точность изготовления формы, а значит и отливки.

Керамическая оболочка не газотворна (оболочка прокаливается

при высоких температурах ~ 900

С), что исключает образование га-

зовых раковин в отливках.

Малая теплотворная способность керамической оболочки и за-

ливка металла в горячие формы благоприятствуют заполнению фор-

мы и питанию отливки из литниково-питающей системы.

Керамическую оболочку можно до заливки нагревать до темпера-

тур, превышающих температуру плавления сплава, а также быстро

охлаждать без каких-либо деформаций и разрушений. Это свойство

литейной формы можно

использовать для обеспечения направленной

кристаллизации отливки, т. е. данным способом возможно получить

высокогерметичную отливку с монокристаллической структурой.

Модель при данном способе литья может быть составлена из от-

дельных частей путем пайки или склеивания. Это позволяет получать

литьем очень сложные цельнолитые детали, которые не удается из-

готовить другими способами обработки металлов.

Себестоимость отливок, полученных литьем по выплавляемым

моделям в 3–10 раз выше, чем отливок, получаемых литьем в песча-

ные формы. Однако за счет высокого качества отливок и уменьшения

объема механической обработки общие расходы на изготовление де-

тали часто бывают ниже, особенно при массовом и серийном произ-

водстве.

Основные преимущества и недостатки

Основными преимуществами

данного способа литья являются:

- возможность изготовления сверхсложных, тонкостенных отли-

вок с толщиной стенки до 0,75 мм и литыми отверстиями до 1,0 мм;

- изготовление отливок высокого качества и высокой точности;

- снижение до минимума припуска на механическую обработку

отливок (КИМ заготовки ≈ 90–95 %).

- Основными недостатками способа являются:

- высокая стоимость изготовления

отливок;

- ограничение по массе и габаритам изготавливаемых отливок

(по массе до 150 кг, по габаритам до 1000 мм);

- сложный процесс очистки отливок (выщелачивание и т. п.);

- литье по выплавляемым моделям является наиболее длитель-

ным и трудоемким технологическим процессом изготовления отли-

вок.

Целесообразность и область применения

Литьё по выплавляемым моделям достаточно широко применяет-

ся в машиностроении. Этим способом получают детали турбинных

лопаток из жаропрочных сплавов, колеса насосов из коррозионно-

стойких сплавов, коромысла клапанов, детали турбомашин (дюзы,

клапана) и прочие сложные и ответственные детали.

Целесообразность применения литья по выплавляемым моделям:

- в массовом или

крупносерийном производстве мелких, слож-

ных, тонкостенных отливок с повышенными требованиями к качест-

ву и точности изготовления (без последующей механической обра-

ботки или незначительной) в основном из легированных сталей и

тугоплавильных цветных сплавов с массой от 0,2 до 12 кг и литыми

отверстиями до 3,0 мм (менее получить затруднительно из-за слож-

ности изготовления

стержня);

- изготовление отливок сверхсложной конфигурации при любой

серийности, если их нельзя изготовить другими способами (или это

очень затруднительно);

- изготовление отливок со сложными полостями при любой се-

рийности, если стоимость их изготовления компенсируется снижени-

ем затрат на механическую обработку и за счет экономии металла

(т. е. увеличения КИМ заготовки);

- изготовление литых деталей из недеформированных сплавов с

низкими литыми свойствами.

Литьё по выплавляемым моделям предъявляет определенные

требования к конструкции литой детали, к толщине ее стенок, раз-

мерам и т. п.

При изготовлении стальных отливок литьем по выплавляемым

моделям следует учитывать, что толщина стенок должна быть не ме-

нее 0,75 мм, если

их протяженность составляет не более 10 мм. При

протяженности стенок до 50 мм толщина их должна быть не менее

1,5 мм; при протяженности до 100 мм – не менее 2,0 мм; при протя-

женности до 200 мм – не менее 2,5 мм; при протяженности до

350 мм – не менее 3,0 мм; свыше 350 мм – не менее 3,5 – 4,0 мм.

Допустимая минимальная толщина чугунных отливок, изготавли-

ваемых литьем по выплавляемым моделям в 1,2–1,5 раза меньше,

чем у стальных.

Оптимальная толщина стенок отливок, получаемых литьем по

выплавляемым моделям, составляет 6 мм. При большей толщине

стенок могут возникать усадочные раковины из-за недостаточности

их питания

Не рекомендуется изготавливать отливки литьем по выплавляе-

мым моделям:

если в их конструкции есть резкие переходы стенок с соот-

ношением свыше чем 1:4 (большая вероятность возникновения по-

ристости);

- если в отливках с тонкими стенками, протяженностью более

150 мм не предусмотрены технологические окна или ребра жестко-

сти (большая вероятность коробления отливок).

3.2.4. Литье в керамические формы

по постоянной модели

Литье в керамические формы по постоянным моделям относится

к способу изготовления особо точных отливок, которые по значени-

ям массы и габаритов не могут быть изготовлены литьем по выплав-

ляемым моделям. Керамическую форму в данном способе литья го-

товят из жидкоподвижной химически твердеющей смеси на основе

пылевидного кварца, муллита и других

огнеупорных песков. В каче-

стве связующего применяются этилсиликат или его заменители. В

смесь добавляют специальные добавки – гелеобразователи (щелочи,

кислоты MgO и прочие.). Суспензия (смесь) после заполнения осна-

стки затвердевает в ней в течение от 20 с до 15 мин (зависит от габа-

ритов формы).

Особенностью литья в керамические формы является образова-

ние мелких сеток

микротрещин в стенках прокаленной керамической

формы. Это способствует газопроницаемости и некоторой податли-

вости формы.

Основными преимуществами данного способа литья являются:

- отсутствие средств уплотнения при изготовлении литейной

формы;

- высокая точность отливок (соответствует точности литья по

выплавляемым моделям);

- более широкая номенклатура изготавливаемых отливок по

массе и габаритам (литьем в керамические формы изготавливают

отливки из различных сплавов массой от 0,2 до 10 000 кг).

Основной недостаток литья в керамические формы – это высокая

стоимость формовочных

материалов (от 25 до 60 % от себестоимости

годных отливок).

Целесообразность и область применения

Литье в керамические формы целесообразно применять в крупно-

и мелкосерийном производстве. Иногда этот способ применяют при

производстве особо точных сложных отливок при единичном произ-

водстве.

Некоторые отливки, как лопатки турбин с тонкими каналами

большой протяженности, колеса турбин и насосов,

выплавляемые из

тугоплавких сплавов (например, на основе титана, никеля и др.),

можно получить только литьем в керамические формы.

Этот метод литья часто используется при изготовлении художест-

венных отливок.

Очень часто литье в керамические формы по постоянным моде-

лям применяют при изготовлении модельных комплектов, кокилей,

пресс-форм и штампов в литейном, стекольном

, пластмассовом,

штамповочном и других производствах.

Литьем в керамические формы изготавливают отливки для энер-

гетической, атомной промышленности, аэронавтики и космонавтики.

3.2.5. Литье в кокиль

Литье в кокиль – это процесс формирования отливки в многоразо-

вой форме при ее заливке расплавленным сплавом под действием

гравитационных сил (свободная заливка). Стержни, применяемые в

кокиле, могут изготавливаться из песчаных смесей различными спо-

собами с применением различных связующих (составы ХТС, БС,

ЖСС и т. п.).

Песчаные стержни применяют преимущественно при изготовле-

нии в кокиль стальных и чугунных отливок. Металлические стержни

применяются при изготовлении в кокиль отливок из магниевых, цин-

ковых, алюминиевых и медно-цинковых сплавов.

Важным элементом кокиля является защитное покрытие его рабо-

чей

поверхности (защитные краски и облицовки). Они позволяют

снизить интенсивность теплопередачи от отливки форме и, соответ-

ственно, термические напряжения, возникающие в кокиле.

Особенности кокильного литья

Прежде всего, к особенностям кокильного литья можно отнести

газонепроницаемость и неподатливость литейной формы, а также

высокую скорость охлаждения отливки в кокиле (в 3–10 раз выше,

чем при литье в песчаные формы).

Неподатливость формы затрудняет получение сложных и чугун-

ных отливок (большая вероятность образования трещин).

Интенсивность охлаждения отливки в кокиле позволяет получить

ее

с плотной мелкозернистой структурой. Это особенно важно для

отливок из сплавов с широким интервалом кристаллизации (алюми-

ниевых, магниевых, медно-цинковых и др.).

Интенсивность охлаждения отливки в то же время резко снижает

жидкотекучесть расплава, что затрудняет получать литьем в кокиль

тонкостенные отливки. А чугунные отливки, как правило, получают-

ся с отбелом

поверхности.

Основные достоинства и недостатки

К достоинствам кокильного литья можно отнести:

– улучшение условий труда; практически полное исключение

формовочных материалов из технологического процесса; резкое

снижение выделения пыли при выбивке отливок; увеличение съема с

производственной площади в 3–5 раз по сравнению с литьем в пес-

чаные формы;

– повышение производительности труда в 1,5–6,0 раз по срав-

нению с литьем

в песчаные формы;