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

Подождите немного. Документ загружается.

получение четких граней и высокой точности. Формообразование

выдавливанием осуществляется одновременно с кристаллизацией

металла под давлением и в зависимости от приложенного давления и

конфигурации детали сопровождается также пластическим деформи-

рованием; это позволяет получать детали более сложной формы, чем

при обработке давлением. Причем чем шире интервал кристаллиза-

ции у применяемого сплава, тем более

высокое давление необходимо

применять при жидкой штамповке.

Способом выдавливания жидкого металла можно получать слож-

ные отливки с различными фасонными приливами, которые могут

значительно выступать от основной ее поверхности. Этот способ по-

зволяет получать отверстия не только в направлении движения пуан-

сона, но и в перпендикулярном направлении (в данном случае значи-

тельно усложняется оснастка).

Основные преимущества и недостатки

Штамповка из жидкого металла занимает промежуточное поло-

жение между литьем и обработкой давлением. Поэтому при выборе

этого способа формообразования отливки необходимо учитывать его

преимущества по сравнению с литьем и горячей объемной штампов-

кой.

Преимущества перед литьем под давлением:

– более высокое давление, действующее

на металл отливки во

время ее кристаллизации, уплотняет металл, устраняет литейные по-

роки (газовые и усадочные раковины), присущие литью под давлени-

ем;

– отпадает необходимость в литниковой системе, так как ме-

талл вводят непосредственно в рабочую полость формы;

– увеличивается скорость кристаллизации, в результате чего

структура металла получается более равномерной, мелкозернистой

;

значительно повышаются механические свойства заготовок, проч-

ность увеличивается в 1,2–1,5 раза; относительное удлинение и

ударная вязкость в 2–4 раза; отливки по своим свойствам приближа-

ются к поковкам;

– более высокая стойкость форм, чем при литье под давлением;

– способ более универсален: позволяет получать заготовки как

тонкостенные, так и толстостенные из всех стандартных литейных

сплавов;

– питание отливок за счет уплотнения металла полностью лик-

видирует необходимость установки прибылей.

Преимущества перед горячей объемной штамповкой:

– возможность изготовления отливок как из деформируемых,

так и из литейных малопластинчатых и хрупких сплавов;

– незначительные затраты на формообразование (примерно в

шесть–восемь раз меньше, чем при горячей объемной штамповке);

– возможность выполнения глубоких полостей, тонких сече-

ний, сложных приливов с большими линейными размерами и малой

толщиной;

– возможность получения ответственных деталей при незначи-

тельной или же полностью исключенной механической обработке;

– более высокая

точность отливки, обусловленная меньшим

износом инструмента;

– значительное сокращение цикла изготовления заготовки (так

как отсутствует необходимость получения исходных заготовок в ви-

де слитка или прутка);

– снижение расхода материалов и трудоемкости изготовления

деталей из заготовок (КИМ достигает 0,9–0,93; выход годного – 0,9 и

выше);

– возможность запрессовки в металл различной металлической

и неметаллической арматуры

(расширяющей область применения

штамповки жидкого металла).

К главным недостаткам можно отнести:

– низкий срок службы литейных форм (матриц и пуансонов);

– сложность дозировки жидкого металла в матрицу литейной

формы;

– ограничение по типам сплавов, применяемых для изготовле-

ния отливки;

– органические по сложности и габаритным размерам конфи-

гурации отливки;

– ограничение по серийности производства.

Целесообразность и область применения

Штамповку из жидкого металла применяют при серийном и крупно-

серийном производствах; в некоторых случаях процесс рентабелен при

сериях в 50–100 деталей. Этот способ позволяет получать весьма слож-

ные тонкостенные детали, имеющие фасонную

образующую снаружи и

внутри, детали с центральной полостью глубиной 0,4–1,0 диаметра де-

тали, сплошные и толстостенные заготовки типа фланцев, тройников,

корпусов и т. п. Отливки из цветных сплавов могут быть получены

массой до 300 кг, из черных металлов – несколько меньше. Высокая

плотность металла отливок дает основание изготавливать из них де-

тали, работающие под

гидравлическим давлением до 29,4 МПа. Точ-

ность отливок по 11–14-му квалитетам, параметр шероховатости по-

верхности Rа

2,5 – Rа

1,25, что не уступает по точности литью под

давлением.

В настоящее время это один из перспективных методов литья от-

ливок из цветных сплавов, который вытесняет литье под давлением

при изготовлении ответственных литых деталей.

3.2.9. Центробежное литье

При центробежном литье заполнение формы жидким металлом,

его затвердевание и последующее частичное остывание происходят в

поле действия центробежных сил. Такое поле возникает при враще-

нии литейной формы вокруг горизонтальной, вертикальной или на-

клонной оси. Центр массы отливки может находиться на оси враще-

ния формы или в стороне от нее. Внутренняя

поверхность отливки

при центробежном литье в отдельных случаях формируется без не-

посредственного контакта с литейной формой и без стержней. Такую

поверхность называют свободной.

При центробежном литье применяют разнообразные литейные

формы как разовые, так и постоянные. Это дает возможность комби-

нировать центробежное литье с другими видами литья, в том числе и

с литьем по выплавляемым моделям. Но наиболее часто используют

металлические изложницы. Их предварительно подогревают (охлаж-

дают) до 300

С, затем на рабочую поверхность наносят огнеупорное

покрытие. Это повышает стойкость изложницы, снижает скорость

охлаждения отливки, предупреждает образование спаев и трещин.

Покрытие может содержать модифицирующие и легирующие добав-

ки, в этом случае оно служит также для регулирования структуры и

состава поверхностных слоев отливки. Покрытие наносят на излож-

ницу в виде красок

, облицовок, в том числе и из сыпучих материа-

лов. Облицовки из сыпучих материалов применяют при изготовле-

нии цилиндрических отливок (труб, втулок, гильз и т. д.) в изложни-

цах, вращающихся вокруг горизонтальной оси.

При центробежном литье массу и габаритные размеры отливок

устанавливают в зависимости от конструкции машин. Качество по-

верхности отливок

и точность их изготовления определяют видом

применяемой формы: постоянной металлической или разовой. Мате-

риал металлических форм – чугун или сталь. Разовые формы бывают

песчано-глинистые (сырые или сухие), керамические, собранные из

стержней, графитовые и т. п.

Особенности литья

Условия затвердевания центробежных отливок во многом отли-

чаются от условий затвердевания в стационарных формах. Поэтому

необходимо знать особенности формирования отливок при центро-

бежном литье и учитывать эти особенности при выборе данного спо-

соба литья.

В процессе затвердевания при центробежном литье происходит

утяжеление частиц сплава (за счет центробежных сил), что является

самой

характерной особенностью данного способа. При этом значи-

тельно улучшаются условия питания отливок, обеспечивающие по-

лучение плотных беспористых изделий. Однако химическая неодно-

родность (ликвация) у центробежных отливок выражена значительно

более резко, чем у стационарно полученных отливок.

Основные преимущества и недостатки

К основным преимуществам этого способа литья можно отнести:

– высокую плотность отливок вследствие малого количества

межкристаллических пустот усадочного и газового происхождения; в

ряде случаев центробежные отливки по своим свойствам оказывают-

ся на уровне поковок, а по экономии металла и трудозатратам пре-

восходят их;

– повышенный выход годного (90–100 %);

– исключение затрат на изготовление стержней для получения

полостей в цилиндрических отливках

;

– улучшение заполняемости формы металлом; получение отли-

вок из сплавов, обладающих низкой жидкотекучестью;

– возможность получения дву- и многослойных, а также арми-

рованных изделий.

Основные недостатки центробежного литья:

– трудность получения качественных отливок из ликвирующих

сплавов;

– неточность диаметра внутренней полости отливок;

– загрязнение свободной поверхности отливок неметалличе-

скими включениями;

у толстостенных отливок эта поверхность мо-

жет иметь пористость, что вынуждает увеличивать припуск на меха-

ническую обработку свободных поверхностей на 25 %;

– наличие специальных машин; дорогостоящих литейных

форм, которые должны иметь высокие прочность и герметичность

ввиду повышенного давления металла;

– ограничение по конфигурации и серийности производства.

Технологичность литых деталей, получаемых способом центро

бежного литья, зависит от типа формы. Если это постоянная метал-

лическая форма, то необходимо соблюдать все требования, предъяв-

ляемые к отливкам, получаемым литьем в кокиль. Если это разовая

форма, то требования к конструкции детали определяются возмож-

ностями литья в песчано-глинистые или керамические формы.

Целесообразность и область применения

Наибольший технико-экономический эффект дает применение

центробежного литья при крупносерийном и массовом производст-

вах отливок типа тел вращения. К числу таких изделий относятся

трубы (различного назначения) из чугуна, стали, цветных металлов,

жаростойких, коррозионно-стойких и твердых сплавов, втулки, ци-

линдрические гильзы, тракторные и автомобильные детали, кольца

подшипников скольжения, железнодорожные и трамвайные бандажи

и т. п. Большое распространение получил способ центробежного ли-

тья биметаллических изделий. Наибольших масштабов достигло

применение центробежного литья в производстве чугунных труб

Центробежное литье фасонных деталей следует применять

только в тех случаях, когда обычным литьем в неподвижные

формы эти изделия либо невозможно получить, либо полу-

чают с низкими технико-экономическими показателями.

Особенно это эффективно при изготовлении отливок:

– тонкостенных с извилистыми очертаниями, с тонким и ост-

рым рельефом, малыми радиусами закруглений;

– требующих улучшенного питания из прибыльной части,

больших плотности и чистоты металла;

– из сплавов с пониженной жидкотекучестью.

Для литья из титановых сплавов это пока единственный способ

получения качественных отливок.

Этим способом литья получают отливки тел вращения

массой до

40 т и габаритами до 6 м.

В сантехнической и энергетической промышленности центробеж-

ным литьем получают водопроводные, канализационные и другого

назначения трубы различных диаметра и длины. В дизелестроении,

компрессоростроении, энергетическом машиностроении этим спосо-

бом изготавливают гильзы цилиндров из чугуна, облицовки судовых

валов, втулки, венцы червячных и других колес, роторы электродви

гателей, камеры сгорания реактивных двигателей (в том числе и кос-

мических аппаратов), маслоты для поршневых колец и прочие.

3.2.10. Непрерывное и полунепрерывное литье

Непрерывное литье – это способ изготовления протяженных от-

ливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи

расплава в литейную форму – кристаллизатор и непрерывного вытя-

гивания из него затвердевшей отливки. Кристаллизаторы очень часто

изготавливают из меди и графитовых материалов. Они должны по-

стоянно охлаждаться водой. Протяженность кристаллизаторов очень

сильно зависит от теплопроводности заливаемого

в него литейного

сплава и размеров отливки по ее сечению. В зависимости от направ-

ления вытягивания отливки различают вертикальное и горизонталь-

ное непрерывное и полунепрерывное литье.

Отличительная особенность состоит в том, что литейная

форма – кристаллизатор – имеет длину намного меньшую, чем дли-

на изготавливаемой отливки.

К особенностям непрерывного литья можно также

отнести:

– своеобразие формирования отливки в кристаллизаторе (кри-

сталлизация и охлаждение отливки происходят в разных зонах кри-

сталлизатора, но все части отливки проходят эти зоны); такое свое-

образие формирования отливки обеспечивает однородность ее

свойств по длине;

– высокий и постоянный градиент температур в различных зо-

нах кристаллизатора, что позволяет получать отливки

с достаточно

однородной и плотной структурой;

– особенности заливки, кристаллизации и удаления отливки (в

одном месте) резко сокращают производственные площади, грузопо-

токи и транспортное оборудование;

– отсутствует литниковая система (100 % выход годного);

– низкие удельные расходы на изготовление литейных форм-

кристаллизаторов;

– исключение операций выбивки форм и очистки литья.

Главным недостатком

способа является узость номенклатуры

отливок, которые можно изготовить данным способом литья (трубы,

длинномерные профили).

Область и целесообразность применения непрерывного горизон-

тального литья:

– получение сплошных заготовок (круглой, квадратной и дру-

гих конфигураций) из алюминиевых, магниевых и медных сплавов, а

также из углеродистых и низколегированных сталей;

– получение заготовок различной конфигурации по сечению из

медных сплавов и чугуна, которые применяются в станко-, судо-,

автомобиле- и тракторостроении

, химической, авиационной и сте-

кольной промышленности.

В дизелестроении непрерывным литьем изготавливают гильзы и

втулки для дизелей. В станкостроении в основном изготавливают

направляющие станины металлорежущих станков, заготовки для га-

ек, шестерен, прокатных валков и др.

Область и целесообразность применения вертикального полуне-

прерывного литья – это изготовление чугунных труб диаметром до

800 мм с

толщиной стенки до 50 мм и сплошных заготовок сложного

или круглого профиля из чугуна и медных сплавов.

3.2.11. Литье в графитовые формы

Графитовые формы многоразового использования (кокили) при-

меняют при литье отливок из цветных и черных металлов. Особенно

важно их использование при литье отливок из титановых и других

тугоплавких сплавов. В ряде случаев при изготовлении отливок из

тугоплавких сплавов графитовые формы являются единственно при-

емлемыми. В графитовых формах получают отливки для атомной,

авиакосмической техники и высокотемпературного оборудования.

К особенностям данного способа литья можно отнести:

– легкость обработки графитовых изделий для изготовления

литейной формы (стоимость и время обработки в 2 раза меньше чем

металлических);

– возможность восстановления литейной формы после много-

кратного использования снятием слоя графитового материала при

механической обработке;

– высокую теплопроводность форм, низкий коэффициент их

расширения (позволяет получать отливки высокой точности);

– углеродистые материалы имеют аномальную зависимость

прочности от температуры (так, при температурах 2400–2600

прочность графита на растяжение повышается в 2 раза при этом зна-

чения пределов прочности при сжатии, изгибе, растяжении соотно-

сятся между собой, как 4:2:1);

– несмачиваемость литейной формы из графита расплавами ис-

ключает применение противопригарных красок.

Целесообразно и эффективно применение графитовых форм при

отработке конструкции металлических пресс-форм литья под давле-

нием

. Сначала все отработать на графитовых формах, а затем уже

изготовить металлические пресс-формы.

В современном литье тугоплавких сплавов с температурой залив-

ки 2500–3500

С в основном применяются графитовые формы (для

примера, температура плавления вольфрама – 3400

С; молибдена –

2890

С; необия – 2450

С; ванадия – 1920

С; хрома – 1900

С; цирко-

ния – 1860

С; титана – 1670

С).

Сводные характеристики и целесообразность применения основ-

ных способов литья представлены в табл. 19.

Таблица 19

Основные способы изготовления отливок

Способ изготовления

Масса

отливки, т

Сплав Область применения

1 2 3 4

Разовые формы

(Литье в песчаные и песчано-глинистые формы)

Ручная формовка:

в почве с верхом

До 200

Станины, корпуса машин, рамы,

цилиндры, шаблоны молотов,

траверсы

по шаблону

Отливки в виде тел вращения

(зубчатые колеса, кольца, диски,

трубы, шкивы, маховики, котлы,

цилиндры)

в крупных опоках

До 100

Сталь,

чугун

серый,

ковкий и

высоко-

прочный

чугун,

цветные

Станины, бабки, коробки скоро-

в съемных опоках со

стержнями из быстро-

твердеющей смеси

До 35

в почве с верхней оп-

кой с облицовочным

слоем из быстро-

твердеющих смесей

До 25

стей, блоки цилиндров

в стержнях До 2

Отливки со сложной ребристой

поверхностью (головки и блоки

цилиндров, направляющие)

в почве открытия До 0,15

Отливки, не требующие механи-

ческой обработки (плиты, под-

кладки)

в мелких и средних

опоках

До 0,1

Рукоятки, шестерни, шайбы, втул-

ки, рычаги, муфты, крышки

Машинная формовка:

в крупных опоках

До 2

Бабки, суппорты, корпуса не-

больших станин

в мелких и средних

опоках

До 0,1

Шестерни, подшипники, муфты, ма-

ховики; позволяют получать отлив-

ки повышенной прочности с низкой

шероховатостью поверхности

безопочная формовка До 0,02

металлы

и спла-

вы

Мелкие отливки несложной фор-

мы

Литье в отверждае-

мые формы.

Литье в формы из ЖСС

До 70

Отливки для станкостроения, ди-

зельного, химического, строи-

тельно-дорожного машинострое-

ния; турбостроения и пр.

Продолжение табл. 19

1 2 3 4

Вакуумно-пленочное

литье

До 25

Станины, корпуса редукто-

ров, маховики и т. д.

Литье в оболочковые

формы:

песчано-смоляные

До 0,15

Сталь, чугун

серый,

ковкий и высо-

ко-прочный

чугун, цветные

металлы и

сплавы

Ответственные фасонные

отливки в крупносерийном

и массовом производстве

химически твердею-

щие тонкостенные

( 10–20 мм )

До 0,2

Ответственные фасонные

мелкие и средние отливки

химически твердею-

щие толстостенные

( толщиной 50–150 мм)

До 40

Большие отливки (станины

штамповочных молотов,

подушки прокатного стана)

жидкостекольные

оболочковые

Углеродистые

и корро-

Точные отливки с низкой

шероховатостью поверхно-