ЛЕКЦИИ литьё, страница 4

Литьё в оболочковые формы обеспечивает высокую точность отливок, малую шероховатость поверхности, снижает расход формовочных материалов и объём механической обработки, является высокопроизводительным процессом.

3.6. Литьё по выплавляемым моделям

Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в применении разовых форм, не требующих разъёма вследствие образования полости требуемой конфигурации с помощью одноразовых моделей, выполненных из легкоплавких материалов, удаляемых из полученных форм при их предварительном нагревании.

Для изготовления выплавляемых моделей используют легкоплавкие модельные составы на основе парафина, воска, стеарина, церезина и т.п. материалов. Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-форму требуемой конфигурации (рис. 3.18-а), состоящую из двух и более частей с соответствующим числом вертикальных или горизонтальных разъёмов. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают припаиванием или приклеиванием в блок с общей легкоплавкой моделью литниковой системы (рис. 3.18-б). В один блок объединяют от 2 до 100 моделей. Для получения формы на поверхность модельного блока путём многократного погружения (рис. 3.18-в) наносят жидкую огнеупорную керамическую суспензию, после чего в специальной продуваемой установке (рис. 3.18-г) наносят на влажную суспензионную поверхность модельного блока слой сухого кварцевого песка. Затем модельный блок с нанесённым слоем сушат около 2 часов на воздухе или около 30 минут в среде аммиака. Повторяя процедуры нанесения жидкой суспензии, сухого песка и просушки, на модельный блок наносят от 3 до 6 слоёв огнеупорного покрытия, получая неразъёмную тонкостенную форму. Из этой формы модельный блок удаляется путём погружения на несколько минут в бак с горячей водой (рис. 3.18-д), в результате чего модельный состав расплавляется и всплывает на поверхность, откуда периодически удаляется для нового использования. После извлечения из воды оболочковую форму сушат, а затем устанавливают в контейнерную опоку и засыпают подпорным материалом (рис. 3.18-е), в качестве которого обычно используют сухой кварцевый песок. Затем опоку с формой устанавливают в электрическую печь и прокаливают не менее 2 часов при температуре 900С для испарения воды, выгорания остатков модельного состава и спекания частиц связующего с частицами огнеупорного материала. Сразу же после прокалки горячую форму заливают расплавленным металлом (рис. 3.18-ж), что позволяет улучшить заполнение тонкостенных частей формы и получить высококачественные отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью (например, высоколегированных сталей).

а) б) в) г) д) ж) е) Рис. 3.18. Последовательность операций при литье по выплавляемым моделям: а – запрессовка пастообразного модельного состава в пресс-форму; б – сборка блока моделей с моделью общей литниковой системы; в – нанесение на модельный блок жидкой огнеупорной суспензии; г – нанесение на поверхность модельного блока слоя сухого кварцевого песка в специальной продуваемой установке; д – выплавление модельного блока из формы в горячей воде; е – установка тонкостенной формы в контейнерную опоку и засыпка подпорного материала; ж – заливка тонкостенной формы расплавом

Литьё по выплавляемым моделям значительно снижает припуски и, соответственно, объём механической обработки отливок. Но при этом высокая начальная температура формы приводит к снижению скорости затвердевания отливок, укрупнению кристаллической структуры, возможному появлению в массивных узлах и толстых стенках усадочных раковин и пористости.

3.7. Литьё в кокиль

Сущность этого литья заключается в изготовлении отливок путём заливки расплава в многократно используемую металлическую форму, называемую кокилем. Кокили обычно изготовляют литьём или механической обработкой из серого чугуна, стали или цветных сплавов. Стержни часто выполняют из легированных сталей, поскольку на них действуют высокие температуры и механические нагрузки. При получении полостей, форма которых не допускает свободное извлечение стержня из отливки, используют комбинированные стержни, одна часть которых – металлическая, а другая – песчаная или оболочковая (эту часть, образующую сложное поднутрение, при извлечении просто разрушают).

Рабочие поверхности кокиля с вертикальной плоскостью разъёма (рис. 3.19-а), состоящие из правой 1 и левой 2 полуформ, поддона 3 и металлического стержня 4, предварительно нагревают до температуры 150С и покрывают из пульверизатора 5 слоем огнеупорного покрытия, которое защищает эти поверхности от резкого нагрева и схватывания с отливкой, а также позволяет регулировать скорость охлаждения расплава для обеспечения высокого качества. Огнеупорные покрытия создают из огнеупорных материалов (пылевидного кварца, талька, мела, графита), связующего (жидкого стекла) и воды. Далее на металлический стержень 4 устанавливают песчаный стержень 6 (рис. 3.19-б), предназначенный для образования расширяющейся части полости отливки. Затем половины кокиля соединяют друг с другом (рис. 3.19-в), скрепляют и заливают расплавом 7. После затвердевания и охлаждения отливки 8 (рис. 3.19-г) кокиль раскрывают и вытягивают металлический стержень. Освобождённая отливка подаётся на дальнейшие операции очистки и механической обработки.

Литьё в кокиль является высокопроизводительным и позволяет сократить, а во многих случаях полностью избежать расхода формовочных и стержневых смесей, трудоёмких операций формовки и выбивки форм, повысить точность размеров отливок и уменьшить шероховатость поверхности, снизить в 2 раза припуски на механическую обработку по сравнению с литьём в песчаные формы. Затвердевание отливок в условиях интенсивного отвода теплоты обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных литьём в песчаные формы.

К недостаткам кокильного литья относятся высокая трудоёмкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, а также трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.

3.8. Центробежное литьё

Центробежное литьё – это процесс получения отливок во вращающихся формах. Вследствие вращения формирование отливки происходит под действием центробежных сил, что измельчает структуру, очищает расплав от неметаллических включений, повышает механические свойства и герметичность отливок. Центробежное литьё осуществляют в металлических изложницах, выполненных из чугуна или стали и имеющих толщину в 1,5–2 раза больше толщины отливки. Изложницы устанавливают в специальные машины с горизонтальной или вертикальной осями вращения. Внешняя конфигурация отливок формируется полостью изложницы, а внутренняя поверхность во многих случаях формируется без непосредственного участия изложницы, что приводит к невысокому качеству этой поверхности. Для увеличения срока службы, предотвращения приваривания и уменьшения скорости затвердевания отливок на рабочую поверхность изложниц наносят теплозащитные покрытия (краски или порошкообразные облицовки), а их наружную поверхность в процессе литья охлаждают водой или воздухом. Перед началом работы изложницы подогревают до температуры 200С.

Для примера рассмотрим получение на горизонтальной центробежной машине отливки чугунной водопроводной трубы с раструбом (рис. 3.20). Металлическая изложница 1 закреплена в опорных роликах 2 и снабжена механизмом вращения вокруг горизонтальной оси, приводящимся в действие электродвигателем. Для образования раструба трубы в изложницу перед началом работы вставляют стержень 3, который выполняют либо песчаным, либо оболочковым. После того, как электродвигатель приводит изложницу 1 во вращение (с частотой 150–1200 мин ^–1), расплавленный чугун из разливочного ковша 4 заливают в изложницу по жёлобу 5, установленному на тележке 6. В процессе заливки жёлоб 5 синхронно с ковшом 4 перемещают вправо с постоянной скоростью, что обеспечивает получение одинаковой толщины отливаемой трубы 7 по её длине. Изложница вращается до полного затвердевания залитого расплава, после чего отлитую трубу извлекают.