технология литейного производства

наполнительную. В условиях массового производства применяют единую формовочную смесь.

В опоке формовочную смесь уплотняют, после чего иглой-шомполом делают наколы 9 для выхода газов из формы во время заливки расплава. За- тем нижнюю полуформу 3 переворачивают на 180° и на нее устанавливают верхнюю половину модели и модели литниковой системы (рис. 4, д): питате- ля 6, шлакоуловителя 11, стояка 12, выпоров 13 (рис. 4, з). Поверхность разъ- ема и модели посыпают разделительным составом, ставят верхнюю опоку 14 по центрирующим штырям 5. В опоку засыпают формовочную смесь, уплот- няют, излишек смеси счищают и извлекают модели стояка и выпоров. Затем разнимают опоки и вынимают модели из полуформ (рис. 4, е). В нижнюю по- луформу устанавливают стержень 1 (рис. 4, ж). Правильность установки стержня контролируют шаблонами. Затем верхнюю полуформу 4 ставят на нижнюю и скрепляют их скобами или хомутиками. Это необходимо для того,

чтобы расплав не приподнимал верхнюю полуформу и не вытекал по разъему формы. Форму заливают расплавом через каналы литниковой системы. После охлаждения и затвердевания отливку 15 (рис. 4, з) извлекают из формы, очи- щают от пригоревшей смеси, отделяют литниковую систему и выбивают стержни. Затем отливку подвергают контролю: проверяют геометрические размеры плотность и герметичность (если требуется), выявляют внутренние дефекты. После этого отливка поступает на обработку резанием.

Технология изготовления отливки начинается с изготовления модели, стержневых ящиков, опок, модельных плит, шаблонов. Все эти операции вы- полняют в модельном цехе завода.

Контрольные вопросы.

1.Дайте экспериментальную схему устройства разовой литейной фор- мы, назовите назначение каждой ее части.

2.Определите назначение и устройство модели, стержневого ящика и опоки.

3.Назовите этапы совершенствования литейной формы.

4.Чем отличается ремесленная технология получения отливок от про- мышленной?

5.Назовите автора памятника Петру I – Медный всадник?

6.Чем известен литейщик Иван Моторин?

7.Перечислите этапы совершенствования чугуна как литейного мате- риала в ходе развития литейного производства.

8.Какую функцию выполняют стержни в литейной форме?

9.Что обеспечивает правильное положение стержня в форме?

10.Какие материалы используют для изготовления литейной формы?

11

ЛЕКЦИЯ 2.

ТЕМА: СХЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

План лекции

1.Структура выпуска отливок с использованием различных технологий.

2.Общие технологические схемы изготовления отливок.

3.Типы литейного производства.

Во многих случаях литье – единственно возможный способ получения заготовок сложной формы. Сравнивая метод получения фасонных заготовок деталей машин путем отливки с другими методами получения фасонных за- готовок – ковкой или штамповкой и сваркой, необходимо отметить следую- щие преимущества метода отливки:

1.С помощью отливки можно получить заготовки практически любой сложности по конфигурации. Ни путем ковки и штамповки, ни путем сварки нельзя изготовлять сложных фасонных заготовок, столько максимально при- ближающихся к форме готовой чистовой детали.

2.Припуски на механическую обработку в отливках могут быть весьма небольшими. Это преимущество литых заготовок имеет весьма большое тех- нико-экономическое значение, так как механическая обработка деталей явля- ется наиболее дорогостоящим процессом во всем цикле машиностроительно- го производства.

3.Утилизация отходов металла в литейном производстве (литник и брак) не требует значительных затрат средств и времени. Указанные отходы нуждаются лишь в переплавке, и полученный из них жидкий металл снова используется непосредственно для заливки новых деталей. В ковочно- штамповочном же и сварочном производствах для превращения отходов ме- талла снова в листы, профили и болванки, годные к повторному непосредст- венному использованию, нужна целая цепь дорогостоящих переделов: плавка, нагрев для прокатки, сама прокатка, резка и новый нагрев для ковки или рас- крой для сварки.

4.В литейном производстве не требуется столь дорогостоящего и тяже- лого оборудования, как в ковочно-штамповочном (прессы, молоты). Поэтому постройка, монтаж и запуск литейного цеха не требуют столь больших капи- таловложений и по срокам осуществляются значительно быстрее по сравне- нию с постройкой кузнечно-прессового цеха. Это преимущество литья пред- ставляет особую ценность в условиях, когда требуется максимальная быстро- та перестройки или запуска производства на новый вид продукции, например

ввоенное время.

5.Сравнивая полученные различными методами заготовки в отношении качества металла (прочности и надежности), необходимо отметить, что еще

12

основоположник современной науки о металле русский ученый и металлург Д.К. Чернов в 1868 г. писал: «…прочность литой непрокованной стали нис- колько не меньше прочности прокованной, если обе имеют одинаковое сло- жение…». Однако наличие в отливках скрытых раковин, неметаллических включений, более крупнозернистого строения и остаточных внутренних на- пряжений приводит к тому, что в отношении прочности и надежности литые заготовки в большинстве случаев (но не всегда) уступают кованым и штампо- ванным. При правильно выполненной горячей обработке давлением металл приобретает мелкозернистое и плотное строение. Кроме того, кованая деталь получает в известной мере волокнистое строение, что при надлежащем рас- положении волокон значительно ее упрочняет.

Однако благодаря углубленному научному изучению литых сплавов за последние десятилетия качество литых изделий также значительно возросло. Об этом свидетельствует непрерывный рост гарантированных норм прочно- сти металла в отливке, расширение номенклатуры сплавов, обладающих спе- циальными свойствами, и замена кованых и штампованных заготовок для ря- да ответственных деталей литыми.

Эффективность литейного производства может характеризовать коэф- фициент использования металла (КИМ) – отношение масс детали и заготовки

(табл. 1).

Таблица 1

Ориентировочные значения КИМ различных заготовок

Суть литейного производства состоит в том, что фасонные детали (за- готовки) получают заливкой жидкого металла в литейную форму, полость ко- торой соответствует их размерам и форме. После кристаллизации металла ли- тую деталь (заготовку), называемую отливкой, удаляют из литейной формы и

в случае необходимости отправляют в механический цех для последующей обработки.

Общая схема технологического процесса изготовления отливки приве- дена на рис. 5. Технология изготовления отливки начинается с разработки ее чертежа и рабочих чертежей модельного комплекта (модели и стержневого ящика).

13

В состав литейного цеха входят отделения: модельное, смесеприготови- тельное, стержневое, формовочное, плавильное, выбивное, обрубное, очист- ное. В модельном отделении по рабочим чертежам изготавливают модельный комплект; в смесеприготовительном – формовочную и стержневую смеси; в формовочном – литейную форму; в стержневом – стержни; в плавильном по- лучают жидкий металл. Готовую литейную форму заливают жидким метал- лом и после его затвердевания в отделении выбивки отливку удаляют из фор- мы, обрубают литниковую систему и очищают от пригара в очистном отделе- нии. Заключительной операцией является контроль качества отливки.

Охлаждение, выбивка, об- рубка, очистка, термообра- ботка, контроль

Рис. 5. Схема технологического процесса изготовления отливки

Выбор технологического процесса формовки. Выбор технологического

процесса для конкретного отделения тесно связан с общими и специальными требованиями, которые предъявляются к готовым отливкам по геометриче- ской точности, эксплуатационной надежности и шероховатости поверхности, герметичности, коррозионной стойкости и др.

В настоящее время имеется большое разнообразие технологических процессов изготовления литейных форм, число которых превысило 50. В

14

табл. 2 приведены характеристики способов получения отливок в разовой форме и специальными способами.

Каждый из способов имеет свои достоинства, недостатки и определен- ные области применения в зависимости от вида сплава, габаритов и массы от- ливки, серийности производства. Этому вопросу посвящены многие литера- турные источники, а выбор для проектируемого цеха одного или нескольких процессов будет определяться в зависимости от производственной програм- мы. При этом важным обстоятельством при выборе процесса должна быть производительность оборудования отделения и качество литья [2, 3].

Таблица 2

Классификация и область применения различных способов производства литья

Типы литейного производства. Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое (табл. 3).

Единичное производство характерно выпуском в небольших количест- вах самых разнообразных отливок. При этом выпуск отдельных отливок мо-

15

жет периодически повторяться. Примером единичного производства может служить выпуск отливок для ремонтных целей в литейных мастерских не- большой мощности или производство очень крупных единичных так назы- ваемых уникальных отливок массой в несколько десятков и сотен тонн (для мощных экскаваторов, корпусов крупных турбин и т.п.).

Серийное производство отличается периодическим выпуском отливок ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями. Примером серийного производства является выпуск отливок для деталей различных типов металлорежущих станков в литейных цехах станко- строительных заводов. Серийное производство в машиностроении занимает среднее положение между массовым производством, к которому приближает- ся крупносерийное, и единичным, к которому приближается мелкосерийное

(табл. 3).

Массовое производство характерно выпуском в течение более или ме-

нее длительного времени отливок определенной номенклатуры в больших количествах. Примером массового производства может служить выпуск од- нообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заво- дов.

Тип производства оказывает большое влияние на выбор методов литья и технологию изготовления отливок. На характер применяемого оборудова- ния и организацию труда в литейном цехе. Если единичное производство ха- рактерно применением ручного труда, частичной механизацией производст- венных процессов, то в серийном и особенно в массовом производствах ра-

ционально использовать технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, специальные приспособления и аппаратуру, обеспечивающие

16

высокую производительность и качественное выполнение операций. Наибольшее распространение в практике получили технологии изго-

товления литейных форм из песчано-глинистых смесей. Типовые разновид- ности технологических процессов представлены на рис. 6.

Специальные способы литья. Принято выделять специальные способы литья. В разное время различные специалисты относили к специальным спо- собам: новые технологические процессы, перспективные, но не получившие еще распространения; литье из новых литейных сплавов; различные виды ли- тья в металлические формы; технологические процессы специфических одно- типных отливок, изготовляемых в больших масштабах (изложницы, трубы, поршневые кольца, ювелирные изделия и др.); литье в песчаные формы, изго- товленные «необычными» методами (по выплавляемым моделям, оболочко- вое, наливное и др.); виды литья, которые на данном этапе развития техноло- гии обеспечивали повышение точности размеров, качества поверхности, воз- можности механизации по сравнению с распространенными способами.

Стандарт по терминологии содержит понятие «способ литья» [2, 3], но не дает его определения. Технологические процессы, отнесенные к этому по- нятию, различаются по способам заливки, материалам форм, типу оснастки, способам изготовления литейных форм. По-видимому, способ литья должен включать совокупность основных материалов и процессов, участвующих в изготовлении литейной формы и получении отливки. Параметры указанных материалов и процессов можно разбить на следующие категории: разновид-

ности основ формовочных материалов и разновидности связующих добавок к дисперсным основам формовочных смесей; типы модельно-опочной оснаст- ки, применяемой для изготовления элементов литейных форм из дисперсных материалов; способы уплотнения дисперсных формовочных смесей и сборка литейных форм; способы заполнения литейных форм жидким расплавом.

Каждый самостоятельный способ литья отличается от другого хотя бы по одной из пяти перечисленных позиций; отличие возможно не только по одной, но и по двум-трем позициям.

Контрольные вопросы.

1.В чем заключается сущность процесса литья фасонных отливок? Ка- кова при этом роль формы?

2.Укажите преимущества литья как метода получения заготовок маши- ностроительных деталей.

3.Перечислите достижения технологии литейного производства в ХХ в.

4.По каким признакам классифицируют отливки? Перечислите требо- вания, предъявляемые к отливкам в современных условиях машино- строительного производства.

5.Укажите методы получения фасонных отливок. Каковы преимущест- ва специальных способов литья?

17

Рис. 6. Типовые технологические процессы изготовления разовых объемных песчаных форм

18

6.Из каких элементов состоит разовая песчаная форма, укажите их роль в процессе получения отливки?

7.Назовите этапы технологического процесса литья в разовые песчаные формы.

8.Перечислите отделения литейного цеха и укажите их задачи.

9.Назовите типы литейного производства и приведите их краткую ха- рактеристику.

10.Что такое коэффициент использования металла (КИМ)?

ЛЕКЦИЯ 3.

ТЕМА: ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ. НАЗНАЧЕНИЕ. СПОСОБЫ УПРОЧНЕНИЯ

План лекции

1.Материалы для изготовления литейных форм.

2.Формовочные и стержневые смеси.

3.Уплотнение смесей.

Для получения качественных отливок в песчаных формах большое зна- чение имеют формовочные смеси, качество которых зависит от качества ис- ходных материалов.

Формовочная смесь состоит из наполнителя, связующего и специаль- ных добавок.

Наполнители должны обладать относительно высокой огнеупорностью, термической стойкостью, инертностью к расплавленному металлу, механиче- ской прочностью, низким коэффициентом термического расширения, одно- родным зерновым составом и минимальной стоимостью. На первых этапах

развития литейного производства в качестве наполнителей применялись кварцевые пески и пылевидный кварц (маршалит). В связи с ростом требова- ний к качеству отливок стали использовать другие природные, а также искус- ственные материалы.

Наполнители формовочных смесей в первую очередь должны иметь концентрированный гранулометрический состав. Известные наполнители по гранулометрическому составу могут быть разделены на две группы: пески (фракция до 0,1 мм) и порошки (фракция менее 0,063 мм). Пески используют- ся при изготовлении смесей, порошки – противопригарных паст, красок и в качестве добавок.

Связующие материалы определяют прочностные характеристики сме- сей и красок в исходном и нагретом состояниях. В литейном производстве в качестве связующих используется большое количество материалов.

Применительно к поставленной задаче связующие целесообразно рас-

19

сматривать совместно с добавками или реагентами, предназначенными для их отверждения. Основными характеристиками связующих являются прочность на сжатие смеси связующего с песком в отвержденном состоянии, температу- ра начала деструкции и количество выделяющихся при этом газов (газотвор- ность).

Анализ существующих тенденций в отечественной и зарубежной про- мышленности показал, что в качестве связующего для изготовления форм це- лесообразно применять, прежде всего, огнеупорную глину, портландцемент, жидкое стекло, синтетические смолы; для изготовления стержней – жидкое стекло с порошкообразными и жидкими отвердителями, фенолфурановые, фенолформальдегидные, карбамидно-фурановые, а также фосфатные свя- зующие.

Добавки служат для регулирования технических свойств смесей. Добав-

ки к наполнителям используют обычно в виде тонкодисперсных материалов (порошков), увеличивающих плотность смеси. Они повышают прочность смеси за счет активации системы «наполнитель – связующее», препятствуют проникновению металла в форму как порозаполнители. Кроме того, имеется большое число добавок, например, ванадий, теллур, магний, алюминий и дру- гие элементы, которые являются основной составляющей красок для поверх- ностного легирования металла.

Добавки к связующему бывают нескольких типов: отвердители, пено- образователи (поверхностно-активные вещества – ПАВ) и модификаторы.

Основные требования, предъявляемые к смесям. Все свойства смесей делятся на технологические, рабочие и общие. К технологическим свойствам смесей относятся прочность во влажном и упрочненном состояниях, выби- ваемость, осыпаемость, текучесть, живучесть и долговечность; к рабочим – прочность в нагретом состоянии, огнеупорность, податливость, газотворность и газопроницаемость, поверхностная прочность, склонность к пригару и теп- лофизические характеристики смесей. Общие свойства зависят от свойств исходных формовочных материалов и определяют объемную массу, порис- тость, зерновой, минералогический и химический составы. От комплекса

свойств смесей наравне с технологическими особенностями зависит качество отливок.

Процессы, протекающие при уплотнении и упрочнении смеси. В раз-

рыхленном состоянии смесь, выпущенная из смесителя, имеет очень малую прочность. В процессе уплотнения смеси ее прочность увеличивается, что да- ет возможность использовать смеси, упрочненные только уплотнением при формовке по-сырому. В процессе уплотнения, кроме формирования прочно- сти, осуществляется плотное облегание смесью всех участков поверхности модели или стержневого ящика.

Для уплотнения смеси применяют различные способы: уплотнение трамбовками, прессование, вибропрессование, встряхивание, вдувание и вы- стреливание смеси (пескодувный и пескострельный способы), метание пор-

20