3. Специальные способы литья

Специальные способы обеспечивают повышенную точность раз­меров, чистоту поверхности, мелкозернистую структуру отливок, бо­лее высокую производительность и другие преимущества по сравне­нию с литьем в песчано-глинистые формы.

Специальные способы литья подразделяют иа литье в разовые и в постоянные формы.

К специальным методам литья в разовые формы относятся: ли­тье в оболочковые формы, по выплавляемым и выжигаемым моделям.

Для получения оболочек используют смесь мелкого кварцевого песка с горячетвердеющей смолой. Формирование оболочки происхо­дит на нагретой металлической модели (до 250°С). Толщина оболочки составляет 6-10 мм. Две оболочковые полуформы скрепляют струбци­нами или клеем, форму устанавливают в опоку с песком для увеличе­ния ее жесткости. Металл заливают в форму через литниковую систе­му, после его охлаждения форму разрушают. Расход формовочной смеси снижается примерно в 10 раз, повышенная точность отливок резко уменьшает затраты на механическую обработку. Метод легко механизируется и автоматизируется, обеспечивая высокую производи­тельность. Недостаток - высокая токсичность выделяющихся газов при горении смолы.

Литье по выплавляемым моделям производится в неразъемную оболочковую форму, которая формируется вокруг разовой модели из легкоплавкого материала (парафии, стеарии, воск). Модель окунают в огнеупорную суспензию, обсыпают мелким песком и сушат. Процесс повторяют, пока толщина оболочки не достигнет нескольких милли­метров. Затем модель расплавляется и вытекает из формы. Форму про­каливают, устанавливают в опоку с песком и заливают металлом. Ме­тод обеспечивает высокую размерную точность и чистоту поверхности сложных отливок, но отличается высокой трудоемкостью и себестои­мостью отливок. Рентабельность обеспечивается в массовом и крупно­серийном производстве особо сложных отливок из трудно обрабаты­ваемых сплавов.

Литье по выжигаемым моделям в принципе сходно с литьем по выплавляемым моделям. Однако здесь модель, изготовленную из по­листирола, не извлекают из формы перед заливкой металла. Модель выжигается (заливаемым металлом), освобождая полость для отливки. При этом возникает опасность насыщения металла выделяющимися газами. .

К специальным методам литья в постоянные формы относится ли­тье в кокиль, под высоким и низким давлением, центробежное и не­прерывное.

Кокиль - металлическая литейная форма (из чугуна, стали, цвет­ных сплавов) многократного использования (около 1000 раз при за­ливке стали, 5000 - при заливке чугуна, 20000 - при заливке цветных сплавов). Стержни используются металлические или из стержневой смеси. Перед заливкой кокиль подогревают до 200-300 °С и покрыва­ют огнеупорной краской для предохранения кокиля от термических ударов и для предотвращения чрезмерного переохлаждения расплава при заливке. Преимущества - более высокая точность и чистота по­верхности отливок, мелкозернистая структура металла, более низкая стоимость отливок, более высокая производительность и улучшение условий труда. Недостатки - высокая стоимость кокилей, низкая по­датливость формы.

Литье под высоким давлением осуществляется на специальных машинах. Стальная пресс-форма из двух полуформ с полированной рабочей поверхностью заполняется расплавом под давлением поршня. Обеспечивается высокая точность и чистота поверхности отливок, что резко снижает объем механической обработки и трудоемкость (при­мерно в десять раз); очень высокая производительность и улучшение условий труда. Недостатки - высокая стоимость пресс-форм и газовая пористость отливок. Метод целесообразен при массовом и крупносе­рийном производстве.

Литье под низким давлением осуществляется давлением сжатого воздуха на зеркало расплава, который вытесняется по металлопроводу в металлическую форму с относительно небольшой скоростью. Обес­печивается высокая плотность, получение тонкостенных отливок большой протяженности, но относительно низкая производительность.

Центробежное литье осуществляется заливкой расплава во вра­щающуюся форму, который под действием центробежных сил прижи­мается к внутренней поверхности формы, растекается по ней и затвер­девает. Обеспечивается плотная мелкозернистая структура, высокая производительность, хорошие условия труда, но возможна ликвация по удельному весу. Применяется в основном для изготовления отливок цилиндрической формы, реже для фасонных отливок.

Непрерывное литье используют для получения протяженных отли­вок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи рас­плава из металлоприемника в водоохлаждаемый кристаллизатор и вытя­гивания из него затвердевшей части отливки. Обеспечивается очень вы­сокая плотность отливок. Недостаток - ограниченность номенклатуры.

2. Технология порошковой металлургии

Процесс производства изделий из металлических порошков состо­ит из следующих операций:

1. Получение металлических порошков. Их получают механиче­скими и физико-химическими методами. При механическом измельче­нии металлов используют различные мельницы, ультразвук и метод гранулирования, при котором капли металла, попадая в воду, застыва­ют в виде мелких частиц. Химические и Физико-химические методы основаны на восстановлении или электролизе оксидов металла. Мето­ды восстановления наиболее экономичные и распространенные.

2. Формование изделий из металлических порошков в холодном состоянии под избыточным давлением: а) методом одностороннего и двухстороннего сжатия в прессформах, б)мундштучным прессованием

• выдавливанием через сужающийся канал смеси порошка с пласти­фикатором, в) прокаткой металлических порошков с получением спрессованной ленты, г) гидростатическим методом - обжатием ме­таллического порошка, находящегося в эластичной оболочке, жидко­стью со всех сторон.

3. Спекание спрессованных изделий в электрических печах при температуре 0,7-0,9 от температуры плавления порошка для обеспече­ния заданной прочности. При горячем прессовании процессы формо­вания и спекания порошка совмещаются.

4. Отделка полученных изделий.

Этим методом изготавливают детали широкой номенклатуры из различных композиций металлических порошков, что позволяет полу­чать изделия с особыми свойствами (фрикционные, антифрикционные, с регулируемой пористостью, с пропиткой маслами и растворами и т.д.).

Порошковая металлургия отличается высокой технико­экономической эффективностью за счет низких отходов металла (2- 5%), относительно небольшой трудоемкости и себестоимости изготов­ления изделий и возможности более полного использования отходов металлообрабатывающего производства.

2. Технология обработки металлов давлением (ОМД)

Суть метода заключается в пластической деформации заготовки для предания ей заданной формы и размеров. Для повышения пла­стичности заготовку нагревают. Для предотвращения взаимодействия с окружающей атмосферой нагрев осуществляют в защитной среде (засыпки, обмазки, инертные газы). Метод отличается высокой произ­водительностью, низкими потерями металла, высокой точностью и качеством получаемых изделий. Этим методом получают заготовки и изделия массой от нескольких грамм до сотен тонн.

Различают следующие технологические разновидности метода: прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка.

Прокатка - наиболее распространенный и экономичный способ ОМД. Заготовка деформируется путем обжатия ее между вращающи­мися валками прокатного стана. Продольную прокатку применяют для получения листового и сортового проката, поперечную прокатку - для получения зубчатых колес, поперечно-винтовую прокатку - для полу­чения бесшовных труб, шаров, осей.

Волочение осуществляют протягиванием (в т.ч. многократным) металлической заготовки в холодном состоянии через отверстие воло­чильной доски. Получают проволоку, прутки различного профиля, трубы с уменьшенным диаметром. Обеспечивается точность размеров и качество поверхности. Наклеп (повышенная твердость и хрупкость поверхностного слоя) снимается отжигом для восстановления пла­стичности заготовки.

Прессование - кагретый металл выдавливается из замкнутой по­лости через отверстие в матрице. Получают изделие с формой попе­речного сечения, соответствующей форме отверстия матрицы. Исход­ным материалом служат нагретые прокатанные заготовки или слитки. Получают прутки разного профиля и трубы. По сравнению с прокат­кой обеспечиваются более точные размеры изделий и большая произ­водительность. Однако предельные размеры изделий ограничены, а отходы в виде пресс остатка достигают 40% от массы заготовки.

Ковка - свободная пластическая деформация нагретого металла при многократном воздействии ударного инструмента. Исходным ма­териалом служат слитки, прокат. Машинную ковку осуществляют на молотах и прессах. Основные операции машинной ковки: осадка (уменьшение высоты заготовки), протяжка (удлинение заготовки за счет уменьшения ее толщины), прошивка отверстий и полостей, свар­ка, скручивание, отрубка, раскатка. Применяется в мелкосерийном и единичном производстве.

Штамповка - деформация металла в штампе, т.е. в стальной фор­ме, состоящей из двух частей (нижней и верхней). Заготовка приобре­тает форму и размеры, соответствующие внутренней полости штампа. Для объемной штамповки исходным материалом служат прутки или штучные заготовки, для листовой штамповки - плоские листовые за­готовки. Метод обеспечивает и более высокую производительность, точность и чистоту поверхности, чем при свободной ковке. Образова­ние облоя приводит к потерям металла до 25% и требует дополнитель­ной операции обрезки. Штампы - дорогой инструмент, поэтому метод

/

экономически целесообразно применять в серийном и массовом про­изводстве.

4. Технология неразъемных соединений

1. Технология сварки плавлением

К сварке плавлением относятся электродуговая и газовая сварка,

Электродуговая сварка имеет наибольшее распространение. Для плавления кромок заготовок используется электрическая дуга, имею­щая высокую температуру (до 6000°С). Электрическая дуга возникает между электродом и заготовками. Для питания дуги используются пе­ременный (экономичнее) или постоянный (устойчивее дуга) ток. Свар­ка может выполняться плавящимся (расходуемым) или неплавящимся электродом. При сварке неплавящимся электродом (графитовым, вольфрамовым) в зону дуги подают присадочный материал (при необ­ходимости) в виде проволоки определенного состава в соответствии с составом свариваемых сплавов. Повышение качества сварного соеди­нения обеспечивается защитой дуги и жидкого металла от кислорода и азота воздуха применением флюсов и нейтральных газов. В состав флюсов входят раскислители и легирующие элементы, улучшающие структуру и свойства сварного шва. Жидкий флюс покрывает шов, а после остывания его корка легко удаляется. В качестве защитных газов используют углекислый газ, аргон, гелий, водород. Их подают в зону горения дуги.

При газовой сварке для расплавления кромок заготовок использу­ется теплота, выделяемая при сгорании газа (ацетилен, водород, про­пан, природный газ и др.) в кислороде. Наибольшее применение нахо­дит ацетилен, имеющий высокую теплоту сгорания и дающий наи­большую температуру пламени (3150°С). Для смешения газа с кисло­родом в заданном соотношении и получения устойчивого пламени применяют газовые горелки. Различают 3 вида газовой сварки: 1) нор­мальным пламенем (соотношение кислорода и ацетилена примерно равное) - для большинства сталей, 2) науглероживающим пламенем (с избытком ацетилена) - для чугуна (выгорающий при сварке углерод компенсируется за счет углерода ацетилена), 3) окислительным пламе­нем (с избытком кислорода) - для латуней (образующаяся оксидная пленка препятствует испарению цинка). Газовая сварка имеет значи­тельно меньшее распространение, чем электродуговая так как: 1) трудно поддается автоматизации и имеет меньшую производитель­ность, 2) наличие кислорода в пламени ухудшает механические свой­ства и качество сварного шва.