2.1 Виготовлення заготовок і деталей приладів методами лиття

В приладобудівній промисловості для одержання заготовок і подальшого виготовлення деталей застосовують різні методи обробки (лиття, гаряча та холодна штамповка, спеціальні види обробки тиском, електрофізичні та електрохімічні методи обробки, електронна обробка, обробка різанням та ін.).

Аналіз стану виробництва приладів показує, що питома вага обробки без зняття стружки постійно збільшується, а також обробки методами пластичної деформації, електрофізичної та електрохімічної обробки.

Найбільш простий і дешевий спосіб формоутворення заготовок - лиття. Процес лиття складається з наступних основних операцій:

- виготовлення форми;

- плавка металу;

- заливка форми й охолодження виливки;

- видалення відливки з форми;

- видалення литників і зачищення виливки.

В приладобудуванні знаходять застосування наступні методи: лиття в землю, в кокіль, в оболонкові форми, під тиском, за моделями, що виплавляються та ін.

Основним елементом ливарного виробництва є форма. Від якості виготовлення оснастки значно залежить якість виливки. Форми діляться на:

- разові, які руйнуються при видаленні виливки;

- напівпостійні, які дозволяють одержати декілька виливок;

- постійні від декількох десятків до сотень тисяч виливок.

2.1.1 Загальні вимоги до якості виливок. Загальні принципи конструювання виливок

Якість виливок визначається у першу чергу технологічністю їх конструкції. Протягом конструювання виливки необхідно враховувати її розташування в формі та конфігурацію. На відливці має бути якомога менше виступів (кронштейнів, бобишок, непаралельних ребер та ін.).

Рівностінність забезпечує рівномірність охолодження, отже рівномірність усадки, відсутність гарячих тріщин, повітряних та газових раковин. Для зберігання необхідної міцності виливки підсилюють ребрами жорсткості, товщина яких складає 0,8 - 0,9 товщини стінки для зовнішніх ребер та 0,6 - 0,7 - для внутрішніх.

При литті по моделях, що виплавляються і в піщані форми допускається нерівномірність, яка забезпечує спрямованість затвердіння від місця заливки до дальнього кінця форми.

Поряд з рівностінністю необхідно прагнути до тонкостінності литих деталей, завдяки якій збільшується швидкість кристалізації сплаву, утворюється рівномірна дрібнозерниста структура та підвищуються механічні властивості відливок.

Таблиця 2.1 - Рекомендовані товщини стінок виливок

Спосіб лиття	Товщина стінки, мм		К
	Оптима-льна	Мініма-льна
Під тиском	2-4	0.5	8-12
За моделями, що виплавляються	3 - 5	0,5	3-5
В кокіль	5-8	2.0 .	4-6
В оболонкові форми	4-9	2,5	4-5
В піщані форми	5-12	4,0	3-4

Радіуси заокруглень та плавні переходи. В місцях спряження двох стінок і в гострих кутах відливок необхідно робити радіуси заокруглень для того, щоб уникнути утворення тріщин внаслідок нерівномірності кристалізації (див. рис. 2.1).

а) правильно б) неправильно

Рисунок 2.1 - Радіуси заокруглень та плавні переходи на кутах виливок

Гострі кромки допускаються тільки на площинах роз’ємну форми. Внутрішній радіус заокруглень:

, (2.1)

де та - товщини спряжених стінок; k - коефіцієнт, який залежить від способу литва.

Зовнішні радіуси R заокруглень визначаються з конструктивних міркувань. Перехідні поверхні від товстих перерізів до тонких слід виконувати заокругленими. Якщо товщини розрізняються більше ніж у два рази, то перехідні поверхні рекомендується робити конусними, причому довжина конусу рівна сумі товщин спряжених стінок.

Cхили і конусність. На необроблюваних поверхнях, розташованих перпендикулярно до площин роз’ємну форми необхідно робити схили або конусність, величини яких залежать від способу литва і висоти поверхні. У випадку недопустимості схилів або конусності. за конструктивними міркуваннями їх видаляють при механічній обробці.

Отвори та вікна. Отвори рекомендують виготовляти при литві тому, що при наступному свердлінні в потовщених місцях розкриваються повітряно-газові або усадочні раковини. Якщо необхідно одержати отвори з низькими параметрами шорсткості і точними розмірами, то залишають припуск на механічну обробку, який залежить від способу литва і відношення довжини отвору до його діаметру. Стінки відливок по контуру отворів та вікон рекомендовано зміцнювати відбортовками.

Допуски на розміри виливок. Відхилення від номінальних розмірів відливки залежать від способу литва та масштабу виробництва. Вони встановлені державними стандартами.

Існують наступні способи лиття, що широко використовуються в приладобудуванні:

– лиття під тиском;

– лиття по моделях, що виплавляються;

– литво в кокіль;

– лиття в оболонкові форми;

– лиття в піщані форми;

– відцентрове лиття;

– лиття в графітові форми;

– лиття в шамотні, гіпсові та металокерамічні форми.

Аналіз причин браку виливок. Дефекти виливок можуть виникати внаслідок їх неправильного конструювання, неякісного приготування сплавів або недотримання технологічного режиму. Однією з головних умов зниження відсотку браку в ливарних цехах є контроль технологічних параметрів (температура сплаву та форми, розмір відливної системи, швидкість та час заливки, вентиляція форми та ін.). Незалежно від способу лиття розрізняють чотири групи ливарного браку:

- раковини (повітряні, газові, усадочні);

- дефекти поверхні (підгар, неспай, мороз);

- відхилення від креслення виливки (недоливи, короб-лення);

- гарячі та холодні тріщини.

2.1.2 Лиття в піщані форми

У приладобудуванні литтям у піщані форми виготовляють невеликими серіями великогабаритні деталі з чорних і кольорових сплавів. Виливок на оброблюваних поверхнях повинен мати припуски на обробку 2—5 мм. Припуск а на нижні горизонтальні поверхні 2—3 мм (Рис. 2.2). Припуск а’ на верхні горизонтальні поверхні 4—5 мм, тому що метал у верхній частині забруднений газами і часточками формувальної суміші. Припуск b на вертикальні поверхні в нижній частині форми включає формувальні ухили і складає 2,5—3,5 мм. Припуск b’ на вертикальні поверхні, розташовані у верхній частині форми, дорівнює 3,5—5 мм.

Опоки з напівформами, виготовленими на формувальних машинах, надходять для збирання на столи 3, на які конвеєром 2 одночасно подаються стержні зі стержневого відділення. Зібрані форми заливаються з транспортера 4, до якого за допомогою підвісних ковшів надходить метал від печей 5. Далі конвеєром 6 залиті форми транспортуються в камеру охолодження 7 і до вибивних ґрат 8, де відбувається відділення виливка від опок і формувальної суміші.

Формувальні і стержневі суміші. У механізованих цехах серійного виробництва застосовують єдині формувальні суміші, у дрібносерійному виробництві - лицювальні і наповнювальні.

Зміцнюючі добавки (сполучні) за характером затвердіння бувають незворотні, що дають найбільшу міцність, проміжні й зворотні.

Рисунок 2.2 - Схема розташування устаткування обробку при литві в піщані форми

До незворотних закріплювачів відносять рідке скло, Як зворотні закріплювачі для стержневих сумішей застосовують концентрат сульфідної барди чи декстрин (оброблений крохмаль).

Якщо виливка не має конструктивних ухилів, то в межах припуску на механічну обробку на моделях передбачають формувальні ухили (Рис. 2.3).

Технологія формування. Виливка розташовується у формі в такий спосіб: основна частина виливка знаходиться в нижній опоці, оброблювані поверхні — внизу чи на бічних поверхнях форми, стержні встановлюються в нижній опоці, а відливна система — у площині рознімання.

Рисунок 2.3 - Формувальні ухили

Ливарна форма зазвичай складається з двох половин, заформованих в окремих опоках (Рис. 2.4). У процесі зборки опоки центрують штирями. Для форм розміром до 400х300 мм застосовують машинне безопочне формування в знімних опоках з використанням при заливанні жакетів. Машинне формування виконується в двох опоках по моделях, закріплених на підмодельних плитах.

Рисунок 2.4 - Піщана форма: 1 - стрижень; 2, 4 - нижня і верхня опоки; 3 - штирі; 5 - виступ; 6 - канал для відводу газів; 7 - відливна чаша; 8 - стояк; 9 - шлаковловлювач; 10 - живильник

Ручне формування може здійснюватися при необхідності в трьох опоках із застосуванням фальшивої чи опоки з перекидним болваном. Формувальну суміш ущільнюють на машинах струшуванням з підпресовкою. Модель видаляють з напівформи штифтовим зніманням (Рис.2.5, а) чи протяжною плитою (Рис. 2.5, б).

Стержні виготовляють пресуванням чи піскодувним способом. Перед зборкою форми стержні сушать при 150—220° С в плин 2—3 ч і покривають фарбами для зменшення пригорання. У конвеєрному виробництві рекомендується застосовувати швидко висихаючі фарби, до складу яких входить 9—12% смоли.

Рисунок 2.5 - Схема машини зі штифтовим зніманням - а) і з протяжною плитою - б)

Лиття у форми, пресовані під великим тиском. При пресуванні під високим тиском рівномірно ущільнюється суміш, підвищується міцність піщаних форм, забезпечується одержання відливок з малими припусками на механічну обробку (1—3 мм) і з тонкими стінками (до 3 мм). Рівномірність ущільнення досягається застосуванням спеціальних формувальних сумішей з високою плинністю. Тиск пресування рекомендується 20-40 кгс/см².

Формування при висоті опоки до 200 мм виконують на гідравлічних пресових машинах із протягуванням моделі пресовою колодкою.