И ОБОРУДОВАНИЯ

3.1. Литьё в металлические формы (кокили)

Литьё в металлические формы является одним из прогрессивных способов получения отливок.

Сущность процесса состоит в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая или полупостоянная форма.

Достоинства литья в кокиль заключаются в следующем:

– повышаются технико-экономические показатели производства отливок благодаря сокращению числа технологических операций и продолжительности технологического цикла;

– упрощаются задачи комплексной механизации и автоматизации производства;

– сокращается потребление основных и вспомогательных материалов;

– уменьшаются потери от брака;

– увеличивается съём готовой продукции с единицы производственной площади и уменьшаются капитальные затраты;

– повышается качество отливок вследствие увеличения их плотности, прочности, пластичности (в ряде случаев) и износостойкости;

– повышаются плотность и гладкость поверхности;

– уменьшаются припуски;

– повышается производительность обработки резанием;

–сокращаются потери от брака.

Высокая прочность металлической формы позволяет выполнять рабочие полости формы с более точными, стабильными размерами и соответственно получать отливки с размерами до

5-го класса точности.

Минимальное физико-химическое взаимодействие металла отливки и формы способствует повышению качества поверхности отливки и полностью устраняет пригар; шероховатость поверхности отливки может достигать 3 – 5-го классов чистоты по ГОСТ 25142–82.

Наиболее распространено кокильное литьё из цветных металлов, возможно также получать отливки из чугуна различных марок и сталей.

Литьё в облицованный кокиль получило широкое распространение для сложных отливок повышенной точности при массовом производстве. К числу наиболее существенных преимуществ процесса литья в облицованный кокиль является возможность организации дифференцированного в пространстве процесса охлаждения одних и ускорения охлаждения других элементов отливки. В результате сокращается расход металла на прибыли и технологические напуски, уменьшаются термические напряжения в отливке.

3.2. Литьё в оболочковые формы

Согласно ГОСТ 18169–86 литьё в оболочковую форму – это литьё металла, осуществляемое путём свободной заливки оболочковой формы. В оболочковых формах получают отливки практически из любых сплавов и различных назначений.

Достоинства литья в оболочковые формы по сравнению с литьём в песчаные формы заключаются в следующем:

– уменьшение параметров шероховатости поверхности и существенное улучшение товарного вида отливок;

– возможность получения отливок с тонким и сложным рельефом, а также тонкостенных отливок с литыми каналами малых сечений;

– уменьшение трудоёмкости ряда операций технологического процесса (особенно таких, как приготовление формовочной смеси, изготовление форм, очистка отливок и др.);

– сокращение (в 8 – 10 раз) объёма переработки и транспортирования формовочных материалов;

– снижение (примерно в 2 раза) первоначальных капитальных затрат в потребных производственных площадях;

– уменьшение металлоёмкости формовочного оборудования;

– увеличение выхода годного литья (высокая газопроницаемость, гладкость рабочей поверхности форм, малая теплопроводность оболочковых форм – все это позволяет уменьшить размеры литниковой системы, прибылей и иногда на 20 – 30 °С снизить температуру заливаемого металла; экономия металла на литниковой системе и прибылях по сравнению с литьём в песчано-глинистые формы достигает 20 %);

– благодаря хорошим свойствам оболочковых форм и стержней при чётком выполнении технологии изготовления отливок брак снижается в среднем в 1,5 – 2 раза и соответственно увеличивается выход годного литья;

– трудоёмкость на процессы обрубки и очистки отливок сокращается в среднем на 30 – 40 %, так как нет пригара отливок, заливов металла; при заливке металла смолы, входящие в оболочковые формы и стержни, сгорают, а оболочки легко разрушаются, выбиваются и очищаются с поверхности отливок;

– при литье в обычные песчано-глинистые формы на 1 т годного литья расходуется от 5 до 12 т. формовочных и стержневых смесей, а при литье в оболочковые формы на 1 т годного литья расходуется 0,3 – 0,8 т песчано-смоляной смеси.

Это ведёт к сокращению формовочных площадей, транспортных устройств, отказу от опок, уменьшению площадей под склады песка и др.

Преимуществом является также уменьшение припусков на механическую обработку, получение плотного литья, отсутствие отбела даже в тонких сечениях.

При литье серого чугуна при использовании механизации и автоматизации процессов повышается выработка литья на 1 рабочего, съём с 1 м² производственных площадей.

При литье в оболочковые формы достижим 5-й класс точности ОСТ 1015 для размеров, не попадающих в разъём, а для размеров, попадающих в разъём, достижим 7-й класс точности (ОСТ 1010).

Шероховатость поверхности отливок находится в пределах 3 – 6-го классов чистоты (ГОСТ 25142–82), т.е. высота неровностей в среднем от 63 до 6,3 микрон.

Для сталей, например, достижимы 3 – 4-й классы чистоты, для чугунов, латуней и бронз – 4-й класс, а для алюминиевых сплавов – 5 – 6-й классы чистоты.

3.3. Литьё по выплавляемым моделям (ЛВМ)

ЛВМ – способ получения отливок в многослойных оболочковых неразъёмных разовых формах, изготовляемых с использованием выплавляемых, а также выжигаемых и растворяемых моделей однократного использования.

Применение способа ЛВМ обеспечивает возможность изготовления из любых литейных сплавов фасонных отливок, в том числе сложных по конфигурации и тонкостенных, с шероховатостью поверхности от R_z = 20 мкм до R_a = l,25 мкм

(ГОСТ 2789–73) и повышенной точностью размеров (до 8 – 10-го квалитетов по ГОСТ 25347–82 или до 3 – 5-го класса точности по ГОСТ 26645–85). С помощью ЛВМ получают отливки, максимально приближённые по форме и размерам к готовой детали, а в ряде случаев не нуждающиеся в обработке резанием. В результате значительно снижаются трудоёмкость и стоимость изготовления изделий, сокращаются расход металла и инструмента, потребность в производственных площадях, станочном оборудовании и приспособлениях, уменьшается энергоёмкость производства, а также потребность в рабочих-станочниках высокой квалификации.

Применение ЛBM позволяет проектировать сложные тонкостенные детали (с толщиной стенки 1 мм и менее), объединять отдельные детали в компактные цельнолитые узлы, уменьшая массу и габаритные размеры изделий, создавать конструкции (например, охлаждаемые лопатки гидротурбинных двигателей со сложными лабиринтными полостями газового тракта), невыполняемые какими-либо другими методами обработки.

Применение высокоогнеупорных и термостойких материалов для изготовления оболочек форм, пригодных для нагрева до температуры, превышающей температуру плавления литейного сплава, и быстрого охлаждения без деформации и разрушения, позволяет эффективно использовать методы направленной кристаллизации, получать высокогерметичные отливки, формировать транскристаллическую структуру и получать монокристаллические изделия.

ЛВМ используют в различных отраслях машиностроения и приборостроения, особенно в таких, как производство летательных аппаратов, автомобилей, сельскохозяйственных машин, электронных приборов, гидромашин, различных видов военной техники.

Это определяется гибкостью технологии ЛВМ, многочисленностью её вариантов. Каждый из этих вариантов наиболее эффективен в определённых условиях производства, при разных его масштабах и требованиях к качеству отливок.

3.4. Литьё под давлением (ЛПД)

Литьё под давлением, занимая одно из ведущих мест в литейном производстве, позволяет решить важнейшую задачу производства – максимально приблизить размеры отливок к размерам готовых деталей.

Под давлением форма заполняется металлом для получения тонкостенных (2 – 5 мм) отливок, которые невозможно изготовить литьём в кокиль, при котором толщина стенки отливки не должна превышать 6 мм. Отливки должны иметь примерно одинаковую толщину стенки, небольшие литейные уклоны и радиусы сопряжения стенок около 1 – 2 мм. Под давлением получают отливки массой от нескольких граммов до 90 кг для цинковых сплавов и 30 – 50 кг – для алюминиевых.

Литьём под давлением можно получать очень маленькие отверстия, резьбу, рифления, надписи на отливках.

Отливки получают 3 – 5-го классов точности с шероховатостью поверхности по 6 – 8 классам чистоты при 5000 запрессовок в пресс-форму, 5 – 6 классам чистоты при 10000 запрессовок.

Роль давления в основном сводится к своеобразному увеличению жидкотекучести заливаемых сплавов.

Прикладываемое при запрессовке давление от 0,5 до 350 МПа, а чаще около 50 МПа позволяет получать тонкостенные отливки, которые другими методами получить трудно или невозможно. Так как при заливке (запрессовке) металла в металлическую форму (пресс-форму) металл очень быстро охлаждается, то скорость впуска должна быть от 5 до 140 м/с. При этом в пресс-форме металл кристаллизуется и образуется литейная корочка толщиной около 2 мм с мелкозернистой структурой. Литейная корочка растёт с двух сторон, и при толщине стенки 4 – 5 мм отливки будут иметь мелкозернистую структуру почти по всему сечению.

Отливки с такой мелкозернистой структурой обладают на 25 % большей прочностью на разрыв.

Если толщина стенок будет больше 5 – 6 мм, то внутри отливок появляются воздушные раковины. Воздух замешивается в металл во время заливки. С применением вакуумного литья под давлением появилась возможность получения стенок на 30 – 40 % меньшей толщины при увеличении прочности литья примерно на 15 – 20 %. Чем тоньше стенки отливок при сохранении прежней прочности, тем больше экономится металла и снижается стоимость литья, что является значительным преимуществом литья под давлением. Перевод на литьё под давлением некоторых деталей, получаемых литьём в кокиль и изготовляемых механической обработкой, ковкой и штамповкой, в ряде случаев снижает вес этих деталей на 40 %.

Литьё под давлением легко может армироваться вкладышами из других материалов, а также может применяться для соединения нескольких деталей в один узел, т.е. для сборки. Этот процесс сравнительно легко механизируется и автоматизируется и по производительности превосходит не только все методы литья, но и холодную штамповку. Производительность особенно увеличивается с применением многоместных (многогнёздных) пресс-форм. Санитарно-гигиенические условия труда в литейном цехе сравнимы с условиями работы механических цехов.

При массовом изготовлении отливок под давлением их стоимость может быть на 30 – 40 % ниже литья в кокиль и в песчано-глинистые формы. Отливки, получаемые литьём под давлением, не рекомендуется подвергать механической обработке, чтобы не снижать прочную литейную корочку и не обнажать пористую сердцевину, так как при этом уменьшается прочность детали и ухудшается товарный вид.

Сплавы литья под давлением должны обладать малым интервалом кристаллизации, т.е. должны кристаллизоваться быстро и равномерно. Сплавы должны обладать прочностью при высоких температурах, так как отливки выдерживают значительные нагрузки при усадке и плотном обжатии металлических стержней, при снятии со стержней и выталкивании из пресс-формы. Сплавы должны обладать высокой жидкотекучестью при небольшом перегреве, не взаимодействовать с металлом пресс-формы и камер сжатия, не привариваться к пресс-формам.

Из многих способов изготовления отливок повышенной точности наиболее полно отвечает этому требованию способ литья под давлением. Этим способом получают отливки из цинковых, алюминиевых, магниевых и латунных сплавов.

Ведутся работы по изготовлению отливок из стали и чугуна.

В настоящее время многие отрасли промышленности применяют способ литья под давлением для получения большой номенклатуры отливок разнообразной конфигурации и массы – от нескольких граммов до 50 кг и более.

Наибольшее развитие способ литья под давлением нашел в автомобильной промышленности. На машинах литья под давлением получают крупные и сложные отливки блоков цилиндров, коробок передач, тонкостенных и крупногабаритных решёток облицовки радиатора, деталей фонарей, ручек, корпусов, шестерёнок и других деталей сложной конфигурации.

Развитие массового производства в оптико-механической промышленности способствовало широкому внедрению литья под давлением. Корпуса фото- и киноаппаратов, детали биноклей, микроскопов – вот далеко не полный перечень деталей, изготовленных литьём под давлением в этой важной отрасли промышленности. Увеличение выпуска различных бытовых приборов и машин значительно расширило область применения литья под давлением для изготовления деталей пылесосов, стиральных машин, вентиляторов и холодильников.

В санитарно-технической промышленности из латунных сплавов разных марок литьём под давлением изготовляются смесители для раковин и ванн, водоразборные краны, трубопроводная арматура и др.

Необходимо отметить, что литьё под давлением нередко в десятки раз снижает общую трудоёмкость изготовления деталей при одновременном снижении массы отливок на 30 – 50 %.

По уровню механизации, производительности цикла литьё под давлением превосходит все другие способы получения литья повышенной точности. Вместе с тем способ литья под давлением требует дальнейшего развития.

К преимуществам литья под давлением по сравнению другими способами при изготовлении отливок повышенной точности следует отнести:

– получение отливок с малой шероховатостью поверхности и высокой точностью размеров, что достигается точной обработкой и тщательной полировкой рабочей полости пресс-форм;

– возможность получения особо сложных тонкостенных деталей, которые нельзя отлить в песчаных или металлических формах;

– высокая производительность;

– незначительные припуски на механическую обработку, а в большинстве случаев их полное отсутствие, что позволяет применять отливки без механической обработки;

– низкая себестоимость отливок: снижение себестоимости происходит за счёт экономии сплава, сокращения работ по механической обработке, исключения расхода формовочных и стержневых смесей, сокращения расходов на выполнение мероприятий по охране труда и технике безопасности, так как при литье под давлением достигаются наиболее благоприятные санитарно-гигиенические условия труда.

К недостаткам способа литья под давлением относятся:

– высокая стоимость оснастки и оборудования;

– ограниченность габаритных размеров и массы отливок;

– наличие воздушной пористости в массивных частях отливки, снижающей прочность деталей;

– неэкономичность применения этого способа при мелкосерийном производстве;

– затруднение, а иногда и полная невозможность отливки деталей с внутренними полостями и поднутрениями;

– ограниченность номенклатуры сплавов.

3.5. Литьё под регулируемым

Дата добавления: 2015-08-13