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
Технологические возможности способов литья;
И их технологические характеристики.
Способы производства литых заготовок
§ Классификация способов производства заготовок.
и область их применения.
Основную массу литых деталей (95%) изготавливают в разовых песчаных формах, что объясняется универсальностью способа, возможностью получения отливок разнообразного веса и габаритов, внедрением новых технологических процессов, широкой автоматизацией и механизацией изготовления форм и стержней. Более качественные по механическим свойствам, плотности, чистоте поверхности, точности размеров и пр. литые детали получают специальными способами литья.
Выбор наиболее рационального способа изготовления литых деталей часто затруднён, т.к. одинаковые по качеству отливки, отвечающие требованиям технических условий, можно получить различными способами литья. В этом случае на первое место выдвигают технологическо-экономическую эффективность тех. процессов, которая в значительной степени зависит от серийности выпуска литых деталей, характер производства, степени его механизации и автоматизации, конструктивных особенностей литых деталей, их габаритных размеров, конфигурации, веса, материала, заданной точности, чистоты поверхности и др. факторов.
Выбранный технологический процесс должен обеспечить высокую производительность труда, экономное расходование материалов, проектирование и изготовление необходимой литейной оснастки с минимальными затратами при условии длительной эксплуатации, минимальную себестоимость готовых деталей. Следовательно, при выборе наиболее рационального способа получения литых деталей нужно учитывать всех факторов на стоимость готовой детали.
Области применения и характеристики различных способов литья:
1. «В песчаные формы» — для изготовления отливок из любых литейных сплавов, требующих применения большого количества стержней; для индивидуального и мелкосерийного производства, литья крупных отливок. В массовом и крупносерийном производстве требует высокой степени механизации. Этим способом можно получать сложные тонкостенные отливки, но пониженной точности. Большая трудоёмкость и высокая себестоимость.
2. «В оболочковые формы» — для изготовления тонкостенных отливок из любых сплавов. Способ рентабелен в серийном и массовом производстве или производстве отливок до 25-30 кг с последующим их использованием без механической обработки или с незначительной механической обработкой. Технологический процесс легко механизировать. Высокая себестоимость синтетических смол.
3. «По выплавляемым моделям» — для изготовления мелких и средних сложных отливок преимущественно из стали и специальных сплавов. Экономически целесообразно отливать детали, ранее изготавливаемые из проката или поковок и подвергаемые механической обработке, а также детали, требующие сложной механической обработки, или детали, механическая обработка которых крайне затруднена. Способ экономически целесообразен при выпуске отливок не менее 100 шт/год. Возможно получение отливок высокой точности с очень чистой поверхностью. Большая трудоёмкость и высокая себестоимость отливки.
4. «В металлические формы (кокили)» — для изготовления отливок с повышенными механическими свойствами и высокой герметичностью из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов. Изготовление толстостенных отливок, простых и средних по конфигурации, среднего веса. Рентабелен в серийном и массовом производстве при той же степени механизации, что и литьё в песчаные формы. Возможно получение отливок более высокой точности (чем при литье в песчаные формы), с меньшими припусками на механическую обработку. Трудно получить тонкостенные отливки сложной конфигурации.
5. «Под давлением» — для изготовления тонкостенных сложных по конфигурации отливок преимущественно из цветных металлов, реже из стали. Рентабелен в массовом производстве. Способ высокопроизводителен. Возможно получение отливок высокой точности с чистой поверхностью. Малая стойкость прессформ при получении отливок из сплавов с высокой температурой плавления (сталь, медные сплавы), высокая стоимость прессформ.
Чтобы судить о сложности отливок в песчаные формы существует положение, по которому все отливки разделяются на 5 групп.
1-я группа – простые отливки – в основном плоские с небольшими возвышениями, без внутренних полостей, не обрабатываются (или с одной стороны). Представители: крышки, кольца, маховики вентилей.
2-я группа – несложные отливки – отливки коробчатой или цилиндрической формы — открытые. Обрабатываются с одной или двух сторон, имеют 2-3 связанных отверстия.
3-я группа – отливки средней сложности – открытой коробчатой формы (цилиндрические), ответственные, обработка с 2-3 прилегающих сторон, с расточкой до 5 отверстий: корпуса редукторов, задние бабки станков, суппорты и т.д.
4-я группа – сложные отливки – отливки закрытой и частично открытой формы, коробчатые, ответственного назначения. Внутренние полости сложной конфигурации с пересекающимися поверхностями (отсеками). Обрабатываются с 3-5 сторон, растачивается до 7 отверстий (основания и станины металлорежущих станков, шпиндельные головки и бабки и т.п.)
5-я группа – отливки особо сложные и уникальные – отливки закрытой коробчатой формы с большим числом внутренних сложных полостей, многоярусные, с двойными стенками, весьма ответственные и дорогие. Обработка со всех сторон, много расточки и т.п. Представители: станины и передние бабки крупных специальных металлорежущих станков, детали корпусов газовых турбин, крышки цилиндров крупных дизелей и т.д.
Каждый из способов литья характеризуется точностью и качеством получаемых отливок. Точность размеров при различных методах изготовления отливок оценивается по стандартам на «механическую обработку» (на 1967 год).
| Способ изготовления | JT10 | JT11 | JT12/13 | JT14 | JT15 | JT16 | JT17 |
| Литьё под давлением | + | + | + | + | |||
| По выплавляемым моделям | + | + | + | ||||
| В оболочковые формы | + | + | + | ||||
| В металлические формы: | |||||||
| Черное | + | + | + | ||||
| Цветное | + | + | + | ||||
| Литьё в песчаные формы: | |||||||
| Массовое | + | + | + | + | |||
| Серийное | + | + | + | ||||
| индивидуальное | + | + |
Чистота поверхности отливок, достигаемая при современных методах:
| Способ изготовления | RZ max | RZ min |
| Литьё под давлением | 1.6 | |
| По выплавляемым моделям | 6.3 | |
| В оболочковые формы | 6.3 | |
| В кокиль: чёрное литьё | ||
| цветное литьё | 6.3 | |
| В песчаные формы |
Экономически достижимая точность изготовления деталей (отливок), имеющих размеры с неуказанными допусками:
-литьё в песчаные формы: JT16, JT17;
-в кокиль, в оболочковые формы – в одной части формы: JT15;
в двух и более частях формы: JT16;
-по выплавляемым моделям – в одной части формы: JT14;
в двух и более частях формы: JT15, JT16;
-под давлением – в одной части формы: JT15;
в двух и более частях: JT15, JT16;
Рекомендуемая (ожидаемая) шероховатость заготовок, получаемых литьём:
-в песчаные формы: черные сплавы RZ(320-160);
цветные сплавы RZ(320-80);
-в кокиль: черные RZ(320-40);
-по выплавляемым моделям: цветные RZ(80-10);
-в оболочковые формы: черные RZ(160-40);
-под давлением: алюминиевые и медные сплавы RZ(40-10).
Точность размеров (их отклонения) отливок из черных металлов определяется: из серого и модифицированного чугуна по ГОСТ 1855-55, из стали по ГОСТ2009-55.
Стандартами установлены три класса точности.
Класс точности «I» назначают для отливок получаемых в постоянных формах по неразъемным размерам, для некоторых размеров отливок, изготовляемых по выплавляемым моделям, а также при затвердевании формы в модельной оснастке.
Класс точности «II» назначают для отливок, получаемых в постоянных формах, литьём по выплавляемым моделям, а также по неразъёмным размерам отливок при изготовлении разовых форм под высоким удельным давлением прессования.
Класс точности «III» назначается для отливок, получаемых по разъёмным размерам при всех способах и на всех размерах при обычной формовке разовых песчаных форм.
В соответствии с назначенным классом точности принимают способ изготовления отливки, или наоборот, класс точности назначают в зависимости от применяемого способа изготовления.
Допускаемые отклонения по размерам отливок из черных металлов как изменяемых, так и неизменяемых механической обработкой:
| Класс точности | I | II | III |
| Размер, мм | ±0.2 до ±5,0 | ±0,5до ±12 | ±1 до ±20 |
Допускаемые отклонения в «мм» по толщине необрабатываемых стенок и рёбер (до 120 мм):
| I | II | III | |
| Чугун | ±0.2 до ±2,5 | ±0,4 до ±4,0 | ±0,8 до ±5,0 |
| Сталь | ±0,3 до ±2,5 | ±0,8 до ±4,5 | ±1,0 до ±6,0 |
* Влияние технологических факторов на рассев
Рассев размеров отливок зависит от погрешностей, возникающих при изготовлении элементов формы, при установке стержней (металлических в кокиль – 0,2-1,2 мм, песчаных в кокиль – 0,2-1,5 мм, песчаных в песчаную форму – 0,8-3,0 мм), при соединении частей формы (металлических – 0,1-1,0 мм, песчаных – 0,2-4,0 мм, при площади разъёма формы 400-25000 см 2 ).
Погрешности возникают также вследствие износа моделей (для металлических моделей он может быть допущен на две стороны 0,3 мм, а для деревянных – 0,5 мм); вследствие деформаций при удалении моделей при размерах отливок для всех случаев от 120 до 1250 мм (для оболочковых форм – 0,15-1,0 мм, для машинной формовки – 0,3-1,2 мм, для песчаных форм по деревянным моделям – 0,5-4,0 мм); вследствие деформаций под влиянием металлостатического напора (при напоре 35-55 см и расходе металла 6-20 кг/с для серых песчано-глинистых форм – 0,8-2,2%, для песчано-жидкостекольных – 0,2-0,7%, для сухих песчано-глинистых – 0,2-0,4%).
Погрешности также зависят от вида измерения размера отливки (от 0,007 мм при измерении микрометром и до 8 мм при измерении рулеткой), колебания величины коэффициента линейного расширения «a» материала формы, температуры металла и формы при заливке, усадки металла, температуры отливки в момент извлечения из формы.
Относительное влияние различных технологических факторов на величину допуска можно выразить так: влияние модельной оснастки – 15%, расталкивание моделей – 6%, деформации в процессе сушки и при транспортировании – 14%, сборочные операции – 18%, деформация форм при заливке – 6%, усадка – 16%, коробление отливок при литье и термообработке – 12%, неточность при механической обработке – 13%.
Повышение размерной точности и обеспечение получения отливок класса точности III по ГОСТ 1855-55 требуют строгого соблюдения технологии на всех этапах производства, точной оснастки, формовки на станках, прочного крепления опок, повышенной точности моделей, причём деревянные модели следует изготовлять по 14-15 квалитету вместо 16-17 квалитета, а ещё лучше заменять их металлическими, пластмассовыми или изготовленными из специальной древесины.
Классы точности отливок в зависимости от модельной оснастки и вида формовки:
| Формовка | модель | Классы точности размеров (ГОСТ 1855-55) | |
| Зависящих от условий сборки | Независящих от условий сборки | ||
| Ручная | Деревянная | III | II-III |
| Машинная | Деревянная | II-III | II |
| машинная | металлическая | II | I |
Допуски на размеры отливок из цветных сплавов определяются межведомственной нормалью Н0.010.006, которая предусматривает установление допусков на размеры отливок из цветных металлов и сплавов с наибольшим габаритным размером до 2000 мм.
В зависимости от метода литья, габаритных размеров отливок и требуемой точности нормаль устанавливает девять групп точности. Величины допусков I и II групп точности не регламентированы (перспективные), III – применяют в особых случаях. Поля допусков на размеры отливок устанавливают симметричными для всех размеров при литье в песчаные формы, а также на следующие размеры деталей, получаемых другими видами литья: расстояния между центрами, расстояния от поверхности до оси, толщины стенок, рёбер, фланцев, глубины впадин и радиусы закруглений. На все другие размеры отливок, кроме литья в песчаные формы, устанавливаются односторонние (в тело). В технически обоснованных случаях расположение поля допуска относительно номинального размера можно изменять в соответствии с конкретными условиями, причем в этом случае допускаемые отклонения проставляют непосредственно у размера.
| Метод литья | Наибольший габаритный размер отливки в мм | Точность отливки | Группа точности |
| Под давлением | ≤50 >50 | Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная | IV V V VI |
| По выплавляемым Моделям | ≤50 >50 | Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная | V VI VI VII |
| В кокиль и оболочковые формы | ≤120 500 | Повышенная Нормальная Повышенная Нормальная | VII VIII VIII IX |
«Нормальную» точность на размеры, как правило, применяют для сложных отливок.
«Повышенную» точность применяют для отливок простой формы, при литье под давлением, при литье в формах, изготовляемых на формовочных машинах по металлическим моделям и т.д.
Диапазон величин допусков по группам точности в «мм».
| Номинальные размеры, «мм» | Размеры отливок (кроме толщин стенок, ребер и т.д.) | |
| Выполненные в одной части формы | Выполненные в двух и более частях формы | |
| III группы точности | ||
| До 120 | 0,04 до 0,14 | 0,06 до 0,53 |
| IV группы точности | ||
| До 180 | 0,10 до 0,26 | 0,16 до 0,53 |
| V группы точности | ||
| До 360 | 0,12 до 0,8 | 0,20 до 1,2 |
| VI группы точности | ||
| До 630 | 0,2 до 1,6 | 0,30 до 2,4 |
| VII группы точности | ||
| До 1600 | 0,4 до 5,0 | 0,6 до 8,0 |
| VIII группы точности | ||
| До 2000 | 0,8 до 9,0 | 1,6 до 14,0 |
Междуведомственная нормаль НО.010.006 имеет преимущественное распространение между промышленными предприятиями. Для предприятий приборостроения существует нормаль НРО.010.082, в ней 7 классов точности (от Лт1 до Лт7) применительно к размерам: необрабатываемых длин – «Д» (ДЛт4), толщин – «Т» (ТЛт4), между поверхностями – М (МЛт5), радиусов закруглений – Р (РЛт6).
Источник
