Литье. исправлено (Лекции по литью), страница 8

Процесс формирования оболочки состоит в следующем. На поверхность модельного блока окунанием в бак 6 наносят суспензию, которую немедленно закрепляют сухим зернистым огнеупорным материалом (размер зерна равен 0,25 мм). Обычно огнеупорный материал наносится при спускании блока в бак 7 с «кипящим» песком. Через слой песка продувают воздух, песчинки находятся во взвешенном состоянии, а поверхность песка похожа на кипящую воду. В «кипящий» песок тело входит так же легко, как в воду. Затем образовавшийся слой оболочки толщиной около 1 мм сушат при комнатной температуре в течение 3 часов. При сушке испаряется растворитель, слой оболочки твердеет вследствие необратимого процесса перехода коллоидного раствора двуокиси кремния из неустойчивого состояния – золя в устойчивое – гель. Гель цементирует зерна основы и сообщает слою оболочки прочность. Для получения оболочки необходимой толщины на блок наносят последовательно 4- 6 слоев и более. Таким образом, цикл нанесения оболочки длится 12-18 часов. Из оболочки моделей отливок и литниковой системы удаляют выплавлением паром или в горячей воде, помещая блок в бак 8 с водой. Получают прочную неразъемную с гладкой рабочей поверхностью оболочковую литейную форму 9. Оболочка 9 после выплавления из нее моделей пропитана водой и частично модельным составом. Для удаления всех веществ, которые могут быть источниками газов, оболочку прокаливают при температуре 900- 1000С. Для прокаливания оболочки засыпают сухим песком в ящиках 10 из жаростойкой стали (рис. 26 в). После прокаливания в печи формы заливают жидким сплавом 11. Отливки с литниковой системой называют блоками отливок 12.

Литниковая система в отличие от обычного способа литья называется литниковопитающей. Она является несущей конструкцией от момента укрепления на ней моделей до момента отрезки отливок, обеспечивает заполнение полостей формы сплавом и служит прибылью в период затвердевания отливок. Поэтому металл подводят в наиболее массивные части отливок. После охлаждения блока оболочка легко отстает от наружных поверхностей, но прочно удерживается в полостях и отверстиях. Из последних ее удаляют химическим способом – выщелачиванием. (Выщелачивание – извлечение отдельных составляющих твердого материала с помощью растворителя). Отливки, отдельные от литников, загружают в переносный перфорированный барабан вместе со стальной дробью диаметром 1 мм. Барабан погружают в 45%-й водный раствор едкого натра, нагретый до 150С и вращают 30-40 мин. со скоростью 20-30 об/мин. Едкий натр взаимодействует с пленками геля в оболочке, образуя раствор силиката натрия. После выщелачивания отливки промывает в подогретой до 50- 80С воде, затем пассивирует (пассивация- перевод поверхностного слоя металла из активного (в химическом отношении) состояния в пассивное с целью придания ему коррозионной устойчивости) в водном растворе соды с 0,3% натриевой селитры и сушат.

Очищенные отливки подвергают термической обработке в печах с защитной атмосферой и контролируют.

Особенности способа и его применение. Жидкая суспензия пылевидного огнеупорного материала прочно прилипает к модели и точно воспроизводит ее очертания и поверхность. После выплавления моделей из жесткой прочной оболочки образуется неразъемная форма с гладкой рабочей поверхностью и точными размерами, что способствует получению точных по размерам (II квалитет с чистой поверхностью R_а=2,5 мкм) отливок из всех известных сплавов. Форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих. Это уменьшает вероятность образования газовых раковин в отливках. Заливка же в горячие формы дает возможность изготовлять тонкостенные сложнейшие отливки. В горячей форме отливка затвердевает медленно, что способствует фильтрации жидкого металла из литниковопитающей системы в отливку и получению металла в ней.

Отмеченные особенности литья по выплавляемым моделям дают возможность получать отливки, сложные по конфигурации с толщиной стенки 1-3 мм и массой до 300 кг.

Стоимость 1 тонны отливок, получаемых по выплавляемых моделям, в 3- 10 раз выше, чем изготовляемых другими способами.

В приборостроении литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок в основном из сталей. Обычно отливки бывают сложные небольших размеров с тонкой стенкой и чистой поверхностью. Изготовить сложную тонкостенную стальную деталь другими способами литья не представляется возможным, а изготовление из куска дороже, чем литье по выплавляемым моделям.

4.Литье в кокиль

Кокилем называют металлическую литейную форму из чугуна или стали. Перед заливкой кокилей, рабочую поверхность их окрашивают. Заливают расплав. Кокиль в 3-5 раз быстрее песчано-глинистой формы отводит тепло. Интенсивность затвердевания отливки, а также ее отдельных частей регулируют главным образом температурой нагрева кокиля и толщиной теплоизоляционной краски. Из кокиля отливку удаляют горячей, после чего кокиль охлаждают или подогревают до оптимальной температуры 200-300С. Цикл повторяется.

Особенности способа и область его применения. Для обеспечения направленного затвердевания рабочую поверхность покрывают краской. Причем литниковые каналы и прибыли покрывают более толстым слоем краски, чем рабочие поверхности, чтобы увеличить время их затвердевания. Интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем выше, чем при литье в разовые формы. Поэтому отливки получаются с более плотной мелкозернистой структурой, что значительно повышает свойства магниевых и алюминиевых сплавов. Так как при литье в кокиль можно использовать земляные или оболочковые стержни и вставки, то это дает возможность получать отливки с существенным местным изменением свойств сплава. Например, часть отливки, затвердевающая при контакте с кокилем, тверже, чем при контакте с земляной вставкой.

Трудоемкость изготовления в кокилях меньше, чем при литье в разовые формы, качество поверхности и точность размеров отливок выше, меньше припуски на обработку, лучше условия труда.

В кокилях трудно изготовлять фасонные стальные отливки, так как из-за интенсивного теплообмена между отливкой и кокилем увеличивается вероятность образования трещин в стали.

Кокиль применяют для изготовления отливок, к которым предъявляются повышенные технические требования, например, плотные без усадочной рыхлости с повышенными механическими свойствами отливки из алюминиевых сплавов с широким интервалом температур затвердевания. Этот способ экономически целесообразно применять, когда партия составляет 300-500 отливок.

5.Литье под давлением

Физическая сущность литья под давлением

Процесс литья под давлением заключается в том, что расплавленный металл заливается в камеру прессования машины, соединенную литниковыми каналами с замкнутой полостью разъемной металлической формы. Под действием поршня металл принудительно перегоняется в полость разъемной металлической формы, заполняя ее, он затвердевает и образует отливку. При раскрытии формы отливку удаляют.

Из существующих типов машин для литья под давлением в настоящее время наибольшее распространение получила машина с горизонтально расположенной камерой прессования. На примере этой машины и рассмотрим более подробно цикл литья под давлением.

Современные машины литья под давлением (рис.4.1) состоят из следующих главных механизмов: механизма для заполнения формы (устройство перегоняющее металл из камеры прессования в форму и создающее давление на металл в форме); механизма запирания (устройство закрывающее и открывающее форму) аппаратура для управления машиной и гидравлического привода.

Рис.4.1. Схема машины литья под давлением с горизонтальной камерой прессования.

Все механизмы машины крепятся к сварной станине 18 коробчатого сечения, внутренняя полость которой является масляным баком. Станина устанавливается на бетонный фундамент 17.

Механизм запирания открывает и закрывает форму, передвигая подвижную ее половину 7, и удерживая форму в закрытом положении во время заполнения ее металлом. Подвижная полуформа 7 крепится к подвижной плите 6 машины, которая перемещается по четырем направляющим колоннам 8 машины. Движение подвижной плите сообщается гидравлическим цилиндром 1 через систему рычагов 5. Цилиндр 1 и две оси рычагов закреплены на плите 3, которая может передвигаться вдоль оси машины при помощи зубчатого колеса и рейки. Перемещение плиты вдоль оси машины обеспечивает возможность установки на машину форм различной толщины. После установки плиты 3 в необходимое положение она фиксируется при помощи гаек 2 и 4.

Неподвижная полуформа 9 крепится к неподвижной плите 10 машины. Гидравлический цилиндр 14 с плунжером 12 диаметра d служит для заполнения формы металлом и удаления литникового остатка. Цилиндр 14 закреплен на неподвижной плите 13, а заливочная камера 11 на плите 10. Гидравлический привод состоит из масляного насоса и аккумулятора 16 и служит для подачи масла в цилиндры 1 и 14 при работе машины. Давление масла Р в аккумуляторе составляет 120 кгс/см². При этом усилие Р на плунжер 12 будет:

Р=* D²*p/4, D- диаметр поршня 15.

Для вычисления давления металла в форме следует силу Р разделить на площадь плунжера 12, то есть :

P_ф=*D²*p*4/(4**d²)=p*(D/d)²

Давление в форме увеличивается пропорционально отношению квадрата диаметров поршня и плунжера Схему процесса и последовательность действий иллюстрирует рис.4.2нет рис 42

Рис.4.2. Схема литья под давлением на машине с горизонтальной камерой прессования.

Как было уже сказано, форма состоит из неподвижной и подвижной полуформ (рис.4.2,а). Металлические стержни 8 служащие для образования полостей и отверстий в отливках, находятся, как правило, в подвижной полуформе. Для извлечения отливки из формы предусмотрены выталкиватели 6, 13 которые жестко закреплены в плитах 4 и 5 выталкивателей. Запирающий механизм машины надежно прижимает подвижную полуформу к неподвижной, после чего в камеру прессования 9 через отверстие 18 заливают порцию сплава и включают механизм заполнения. Плунжер 11 при своем движении влево создает давление в камере. Сплав рассекателем 15 направляется в литниковую щель 12, заполняет полость формы и затвердевает (рис.4.2,б). После затвердевания отводят подвижную часть формы вместе с отливкой. При отводе подвижной полуформы движется и плунжер, который из камеры выталкивает литниковый остаток 19 (рис.4.2,в). Плита толкателей перемещается вместе с формой и стержнем 17, упирается в упор 20 (рис.4.2,г). Упор останавливает плиту толкателей, а форма продолжает перемещаться. Выталкиватели снимают отливку 21 со стержня 8 и она падает на транспортер или в конвейер. Форма во время работы охлаждается водой, проходящей по каналам 7.

Возможности способа. Литьем под давлением получают сложные тонкостенные отливки из цветных металлов массой от нескольких грамм до нескольких килограммов.

Качество деталей отливаемых под давлением, оценивается точностью размеров, классом шероховатости поверхности, механическими свойствами и пористостью.

Точность размеров зависит от точности изготовление прессформы, от конфигурации и положения различных элементов отливок в форме, от степени износа формы, от колебания усадки сплава и др.

Внутренние размеры – отверстия можно выполнять по 9 квалитету, наружные размеры – II квалитету.

Шероховатость поверхности отливок зависит от шероховатости оформляющих поверхностей прессформы и от степени ее износа и для отливок из цинковых сплавов может быть до 8 класса, из алюминиевых сплавов до 6 класса и медных сплавов до 5 класса шероховатости.

Толщина стенок. Для поверхностей, которые подвергаются механической обработке, назначают припуски до 0,3 до 0,5 мм.

Значения минимально допустимых толщин стенок отливки в зависимости от размеров их поверхности приведены в таблице.

Таблица 1. Минимальная толщина стенок отливок, получаемых литьем под давлением.

Механические свойства отливок, полученных под давлением, значительно отличаются от свойств отливок, изготовленных другими способами литья. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с очень мелкозернистой структурой, толщина которой составляет около 0,5-1,0 мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность и твердость на 20-30 % при одновременном снижении пластических свойств на 30-50% по сравнением с литьем в землю.

Пористость, вскрывающаяся при механической обработке, становится причиной брака большого числа отливок. Источниками пористости являются усадка сплава, воздух, который захватывается потоком жидкого металла в полости формы, и газы выделяющиеся из жидкого металла. Переход на литье под давлением снижает трудоемкость изготовления отливок в 10-12 раз в литейных и 5-8 раз в механических цехах.