Специальные способы изготовления отливок

Специальное литье

По различным оценочным данным, литейные технологии применяют для производства большего количества деталей и заготовок. Существует не один вид литейных технологий, позволяющие получать заготовки разной формы, размеров, точности и выполняемых из различных материалов.

Существуют простейшие технологии получения заготовок, например, литье в песок и довольно сложные, в частности, особо специальное точное (прецизионное).

Оно позволяет создавать детали, которые не требуют дальнейшей механической или любой другой обработки.

Виды специального литья

Литье металла в песок (землю) связано с определенными сложностями, в частности, подобное производство требует большого оборота формовочного материала. Кроме того, применение такого способа литья не всегда приводит к получению заготовок требуемого качества.
Развитие металлургической науки привело к тому, что появились новые, специальные способы литья металлов.

К специальным способам относят — разлив металла в формы, выполненные из металла, литье в формы, выполненные в виде оболочек, литье под воздействием центробежной силы и некоторые другие.

Главное достоинство названных специальных методов литья то, что металлурги стали получать качественные детали, снизили количество некондиционной продукции, подняли производительность на производстве. Разумеется, вводимые в эксплуатацию специальные методы литья оказывают положительное влияние на улучшении условий труда рабочих и инженеров.

Рассмотрим некоторые из этих специальных способов подробнее.

Кокильное литье

Разлив в формы, выполненные из металла. Суть этого специального метода состоит в том, что отливки получают, заливая расплав в металлические формы. Такие формы называют кокилями. Их изготавливают в двух исполнениях – разъемные и неразъемные. Первые состоят из нескольких частей, эти формы используют для производства сложных по форме отливок. Неразъемные формы используют для производства простых отливок и пр.
Для металлических форм применяют чугун марки СЧ или легированные стальные сплавы. На стойкость кокиля оказывают прямое влияние материалы, размеры отливки и, конечно, кокиля.

Инженеры разработали и успешно используют на практике специальные методы продления времени эксплуатации кокиля и повышения качества отливок. Для этого на рабочую поверхность формы наносят специальные составы, образующие покрытие стойкое к температурному воздействию со стороны расплава. Эти материалы наносят или с помощью краскопульта или обыкновенной кистью. Для чугуна необходимо нанести облицовку несколько раз за смену. Краску наносят непосредственно перед заливкой облицовки.

Технологический процесс литья в кокиль

Для получения внутренних полостей применяют стержни, выполненные из стали марок У7 и ее аналогов. Кроме стержней, изготовленных из стали применяют и изделия, выполненные из специального песка.
Специальное литье этого типа можно выполнять только в подогретую оснастку. Рабочая температура кокиля должна находиться в пределах от 200 до 300 градусов Цельсия. Разогрев формы снизит эффект от теплового удара, да и при литье не произойдет выброса расплава, который может произойти при попадании в холодный кокиль.
Кокильное литье используют для изготовления отливок из цветных сплавов.

Серийное и массовое производство отливок выполняют на оборудовании, которые самостоятельно, без участия человека обслуживают литейные формы, монтируют и демонтируют стержни, достают отливки. Литье в с применением механизированного оборудования позволяет в несколько раз поднять производительность на производстве.
Между тем литье в кокиль обладает и рядом недостатков. В частности, для изготовления форм требуется большое количество времени, возникают технологические сложности при получении отливок с тонкими стенками и несколько других.

Литье по выплавляемым моделям

Такой метод специального литья подразумевает то, что отливки получают в одноразовых формах, которые получают выплавлением моделей, выполненных из легкоплавких материалов, на поверхность которых наносят огнеупорные покрытия.
Такой метод литья эффективен при производстве деталей небольших размеров сложной формы. Причем этот способ пригоден для работы с любыми металлами. С его помощью выполняют получение отливок сложной конфигурации с тонкими стенками.

Литье по выплавляемым моделям

Для производства моделей применяют парафин, воск и пр. Чаще всего применяют смесь парафина и стеарина. Для изготовления моделей используют запрессовку полученного состава в пресс-формы, выполненные из металла. Кроме этого, возможно, использование ручных шприцев.
При производстве такого типа изготовление отливок для одной детали не имеет смысла. Поэтому такие модели компонуют в блоки, имеющими один общий стояк. Для присоединения моделей применяют питатели (литниковые ходы). Использование таких конструкций поднимает эффективность труда, кроме того, применение единой литниковой системы приводит к экономии материала.
Огнеупорную оболочку формируют при окунании блока с моделями в ванну, заполненную обмазкой, выполненной с применением керамики. После окунания блоки обсыпают кварцевым песком и отправляют на просушку, которая длится от 4 до 5 часов. Модели выплавляют в ванне, с водой, разогретой до температуры 70 – 85 градусов. Такой подход подразумевает то, что этот состав будет возвращен в повторное производство практически в полном объеме.
Формы, покрытые составом, прокаливают при 900 — 950 градусах.
Металлический расплав заливают сразу после прокаливания. Часто применяют центробежный способ заливки. По мере охлаждения оболочка растрескивается, и ее удаляют при помощи вибрации.

Полученные отливки отправляют в механический цех для удаления литников и облоя.
Специальное литье по моделям применяют для производства деталей с повышенной точностью, при его использовании значительно повышается качество отливок. Но, весь процесс литья такого типа вполне обоснованно считают длительным и сложным. Это сказывается на себестоимости выполняемых работ.

Литье в оболочковые формы

Отливки можно получить с применением оболочек с толщиной стенки 8 – 15 мм. Для их изготовления применяют специальные составы, которые затвердевают под воздействием тепла от моделей и стержней.

Литье в оболочковые формы

В качества материала для формы используют кварцевый песок. Он играет роль наполнителя и смолы, в качестве связующего компонента. Эта смесь наносится на плиту с установленной на нее моделью. Перед нанесением модельной смеси необходимо покрыть модель или эмульсией на основании силикона. В результате будет получена оболочковая модель.

Технология этого типа применяется для производства отливок весом 12 – 15 кг. К явным достоинствам этой технологии можно отнести качество изготовленных отливок, но в то же время эти формы отличаются высокой стоимостью. Это вызывается тем, что при их производстве применяют дорогие химикаты.

Кстати, литье в тонкостенные разовые формы – это разновидность этой технологии разлива металла.

Центробежное литье

Специальные виды литья неограниченны темы методами, приведенными выше. При центробежном способе специального литья, расплав заполняет форму под воздействием центробежных сил. Они возникают при вращении литьевой формы вокруг оси, которая может быть расположена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту.

При таком методе литья внутренняя поверхность отливки формируется, не вступая в контакт с рабочей поверхностью формы, и поэтому ее называют свободной.
Такая специальная технология предполагает, что литьевые формы выполнены из металла. Перед началом заливки расплава ее необходимо разогреть до температуры 250 – 350 градусов, затем на рабочие поверхности наносят огнеупорное покрытие. Использование центробежной обработки расплава позволяют получить плотность отлитого металла, отсутствие пустот и раковин в теле полученной детали. Под воздействием центробежных сил.

Центробежная обработка расплава позволяет производить следующие типы деталей:

• втулки;
• барабаны;
• корпуса роторов и многое другое.

Центробежное литье позволяет обеспечить высокую плотность металла, отсутствие раковин.

Вследствие этого детали обладают повышенной износостойкостью. Кроме того, центробежные силы вытесняют из расплава посторонние включения и шлаки.

Корковое или оболочковое литье

Среди специальных видов литья существует и такой – оболочковый. Его применяют при работе и с цветными, и черными металлами. Литье выполняют в оболочковые (корковые) формы, выполненные из смеси кварцевого песка и бакелитовой смолой, перемешанные в пропорции 90 к 10. Бакелитовая смола полимеризуется при температуре 300 – 350 градусов.

Литье в корковые (оболочковые) формы

Смесь наносят на поверхность модели, которую предварительно нагрели до 220 градусов. Смола плавится, связывает между собой песчинки. В результате на поверхности модели образуется корка толщиной 5 – 7 мм. Затвердевание смеси происходит при нагреве модели до температуры 350 градусов. Затем, с применением различных приспособлений форму снимают с модели.
Основное преимущество форм этого типа – это уменьшение припусков и высокая точность получаемых отливок.

Прецизионное литье

Прецизионное литье – это специальный способ получения особо точных отливок.

Оборудование для прецизионного литья

Ранее такой способ называли литьем по выплавляемым моделям. Для выполнения работ по этой технологии применяют различные вещества, которые придают расплавленному металлу ряд свойств, которые позволяют ему точно заполнять форму.

Кроме этого, для выполнения специального литья применяют формы, изготовленные из металла и выполненные с повышенными требованиями к точности.

Выбивка, обувка, очистка и контроль литья

После окончания специального литейного процесса и остывания заготовок до приемлемой температуры, ее удаляют из формы и при необходимости отправляют на очистку ее от литников, облоя и пр. Кроме этого, выполняют контроля качества полученных деталей.

Основным документом, на основании которого выполняют контроля качества полученного изделия – это рабочий чертеж.

Технический контроль литья

Кроме того, работники службы технического контроля должны руководствоваться требованиями ГОСТ, ОСТ, СТП и другими нормативными документами, так или иначе, относящиеся к литью металлов.

Источник

Изготовление отливок специальными способами литья

Изготовление отливок в кокилях. Способ применяют в крупносерийном и массовом производстве

Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы-кокили. Литейная форма изготавливается из теплостойкой легированной стали (обычно применяют 5ХНМ). Форма изготавливается разборной. Внутреннее очертание формы соответствует наружной конфигурации отливки. С целью исключения пригара заливаемого металла к поверхности формы внутренняя полость формы смазывается специальной краской или графитом. Стойкость формы достигает 500-600 шт отливок из чугуна и до 10000 штук для отливок из цветных металлов и сплавов.

При литье в кокиль сокращается рас­ход формовочной и стержневой смесей. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты из залитого металла, что обеспечивает более высокие плотность металла и ме­ханические свойства, чем у отливок, полученных в песчаные формы. Ко­кильные отливки имеют высокую гео­метрическую точность размеров и ма­лую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую об­работку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен.

Недостатки кокильного литья: высо­кая трудоемкость изготовления коки­лей, их ограниченная стойкость, тру­дность изготовления сложных по кон­фигурации отливок.

Литье по выплавляемым моделям. При этом способе модель и литниковую систему изготавливается из легкоплавкого материала, обычно для этой цели применяют смесь парафина 50% и стеарина 50% (температура плавления 62°С). В крупносерийном и массовом производстве модели изготавливают методом пластического деформирования. После изготовления к литниковой системе прикрепляют легкоплавкие модели. Изготовленное легкоплавкое устройство погружают в керамическую суспензию (песок + связующее). Затем устройство извлекают и просушивают. Вокруг легкоплавкого материала образуется тонкий упрочненный слой из суспензии. Количество погружений в суспензию должно обеспечить корочку толщиной 15-20 мм. Для повышения поверхностной корочки проводят обжиг в печи. Для удаления легкоплавкого материала полученное устройство погружают в кипящую воду или помещают в печь (Т=150-160°С). Перед заливкой расплава металла, полученную керамическую форму помещают в опоку и засыпают песком, это необходимо для предотвращения разрушения формы при заливке. После заливки и кристаллизации проводится охлаждение до комнатной температуры, а затем на вибрационных установках извлекают полученные отливки с литниковой системой из опоки. Отделение отливки от литниковой системы проводится методом обрубки.

Технологический процесс изготовле­ния отливок по выплавляемым моде­лям механизирован и автоматизирован. В массовом производстве используют автоматические установки для изготов­ления моделей, приготовления суспен­зии и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их кварцевым песком, для прокаливания и заливки форм и т. д., объединенные транспортными устрой­ствами в автоматические линии.

Литье в оболочковые формы. При этом способе изготавленную металлическую модель нагревают до Т=200-220 С. Затем на нее устанавливают ограничительную рамку, куда засыпают специальную смесь (циркониевый концентрат + фенолформальдегидная смола ФФС). При этом происходит расплавление связующего компонента и заполнения пространства между отдельными песчинками. Далее выполняют окончательный нагрев до Т=400-420 С и ведержку 25 минут. На этой стадии происходит окончательное отверждевание состава. После этого металлическая модель вместе с рамкой извлекается из печи, охлаждается и с поверхности модели снимается оболочковая форма. По аналогичной технологии изготавливают литниковую систему. Затем производят сборку литейной формы.

Достоинства: высокая геометрическая точ­ность позволя­ет в 2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. При­меняя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шерохова­тость поверхности отливок.

Литье под давлением. Литьем под давлением получают от­ливки в металлических формах (пресс-формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осу­ществляют под давлением. Изготовля­ют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с хо­лодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо гори­зонтально, либо вертикально.

Рис. 19 Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования

На машинах с горизонтальной холод­ной камерой прессования (рис. 19) порцию расплавленного металла зали­вают в камеру прессования 4 (рис. 19, а), которую плунжером 5 под давлением 40-100 МПа подают в по­лость пресс-формы (рис. 19, б>, со­стоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полу форм. Внутреннюю полость в от­ливке получают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 19, в), стержень 2 извлекается и отливка 7 выталкива­телями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до температуры 120-320° С. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы об­дувают воздухом и смазывают специ­альными материалами для предупреж­дения приваривания отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05-0,15 мм и ши­риной 15 мм, расположенные в плос­кости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного металла. Та­кие машины применяют для изготов­ления отливок из медных, алюмини­евых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 20) камера прессова­ния 2 расположена в обогреваемом тигле 7 с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 расплавленный металл через отвер­стие 4 заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10-30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного ме­талла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс-формы удаляется выталкивателями 6. Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых и магниевых сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг.

Рис. 20 Схема процесса изготовления от­ливок на машинах с горячей камерой прессо­вания

При литье под давлением тем­пературу заливки сплава выбирают на 10-20 С выше температуры ли­квидуса. Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном произ­водствах отливок с минимальной тол­щиной стенок 0,8 мм, с высокой точ­ностью размеров и малой шерохова­тостью поверхности за счет точной обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; без ме­ханической обработки или с минималь­ными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отли­вок; с высокой производительностью процесса.

Недостатки литья под давлением высокая стоимость пресс-форм и обо­рудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; наличие воздушной пористости в массивных

Изготовление отливок центробежным литьем. При центробежном литье сплав зали­вают во вращающиеся формы; форми­рование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обес­печивает высокую плотность и меха­нические свойства отливок.

Металлические формы изложницы из­готовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы обычно в 1,5-2 раза боль­ше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом. На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные по­крытия для увеличения срока их служ­бы. Перед работой изложницы подогре­вают до температуры 200° С.

При получении чугунных водопро­водных труб на машинах с горизон­тальной осью вращения (рис. 21, а) изложницу 2 устанавливают на опор­ные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница 2 приводится во враще­ние электродвигателем 1. Расплавлен­ный чугун из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки чугуна перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба трубы использу­ют либо песчаный, либо оболочковый стержень 8. После затвердевания за­литого чугуна трубу извлекают из изложницы. На этих машинах изготов­ляют втулки, кольца и т. п.

При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикаль­ной оси (рис. 21, б) расплавленный металл из разливочного ковша 4 зали­вают в литейную форму 2, укреплен­ную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижи­мается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих ма­шинах изготовляют кольца большого диаметра высотой не более 500 мм.

На рис. 21, в показана схема процес­са литья сложных тонкостенных рабо­чих колес на машинах с вертикальной осью вращения: 1, 6 — половины кокиля; 2 — стержень, который формирует канал рабочего колеса и его лопасти; 3 — стол машины; 4 — стержень, воспринимающий удар струи заливаемого металла; 5 — шпиндель центробежной машины. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150-1200 об/мин. Изложницы перед заливкой нагревают до температуры 150-200° С. Температуру заливки сплавов назначают на 100-150° С вы­ше температуры ликвидуса.

Рис. 21 Схемы процессов изготовления отливок цент­робежным литьем

Преимущества центробежного ли­тья—получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т. д.).

Источник