Под литейным методом понимают процесс получение заготовок путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки. Основные термины и определения технологической оснастки литейного производства представлены в ГОСТ 17819-84 «Оснастка технологическая литейного производства. Термины и определения».
В современном литейном производстве наиболее часто применяются два основных способа литья:
– литье в песчаные-глинистые формы,
– специальные способы литья.
Литье в песчаные-глинистые формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Этим способом изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов в широком диапазоне весов и размеров. Сущность этого процесса заключается в получении отливок в формах, изготовленных из формовочных смесей путем их уплотнения с использованием модельного комплекта.
Литейная песчано-глинистая форма – это система элементов (рис.7.1). К этим элементам относятся:
– опоки (верхняя и нижняя) (1 и 2), в них происходит изготовление полуформ;
– для точной установки полуформ используют центрирующие штыри (11), а скрепление опок перед заливкой производится скобами (12);
– рабочая полость (17) представляет собой отпечаток модели;
– металл подается в рабочую полость формы через литниковую систему. Она состоит из состоит из литниковой чаши (7), стояка (8), шлакоуловителя (9), питателя (10) и выпоров (6).
– для образования отверстия в отливке в рабочую полость устанавливают стержень (16), который закрепляется своими концами (знаками) в форме.
Рис. 7.1. Эскиз песчаной литейной формы в сборе: 1 - нижняя опока; 2 - верхняя опока; 3 - плоскость разъема; 4 - зазоры; 5 - вентиляционный канал; 6 - выпоры; 7 - литниковая чаша; 8 - стояк; 9 - шлакоуловитель; 10 - питатель; 11 - центрирующий штырь; 12 - скоба; 13 - местный разрез; 14 - плита; 15 - формовочная смесь; 16 - стержень; 17 - рабочая полость формы
Для приготовления формовочных смесей используют природные песок и глину. Формовочные смеси должны обладать пластичностью, податливостью, непригораемостью. Для обеспечения свойств песчано-глинистых смесей в них вводят добавки, например, жидкое стекло, синтетические смолы, оксиды металлов, графит и другие материалы.
Литейный стержень — это элемент литейной формы для образования внутреннего отверстия, полости или иного сложного контура в отливке. Литейные стрежни изготавливают из формовочных смесей или используют специальные стержневые смеси. Для изготовления стрежней используют стержневые ящики (формы). На рис. 7.2 показан стержневой ящик и стержень.
Литейная модель это приспособление для получения в литейной форме рабочей полости для будущей отливки.
Рис. 7.2. Стержневой ящик и стержень: верхняя половина ящика (1); нижняя половина ящика (2); знаковые части (3); стержень (4)
Литейную форму заливают металлом через литниковую систему (рис. 7.3), под которой понимают совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из ковша в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать непрерывное поступление металла в форму, питание отливки для компенсации усадки, предотвращать разрушение формы, попадание шлака и воздуха.
Рис. 7.3. Элементы литниковой системы: литниковая чаша (1); стояк (2); шлакоуловитель (3); питатели (4); чаша и стояк выпоров (5)
Преимуществами этого способа литья являются: универсальность по применяемы литейным сплавам, возможность получения заготовок практически любых размеров и массы, низкая себестоимость процесса. Вместе с этим литье в песчано-глинистые формы имеет и свои недостатки. К ним следует отнести невысокие механические свойства отливок, малую размерную точность и низкую чистоту поверхности отливок Это приводит к необходимости иметь в отливках повышенные припуски на механическую обработку, что удорожает ее, увеличивая расход металла
В современном литейном производстве широкое применение получили специальные способы литья, которые отличаются от литья в песчаные формы следующими признаками: конструкцией литейных форм, материалом литейных форм, использованием внешних воздействий для заполнения форм. Основные специальные способы литья классифицированы и показаны на рисунке.7.4.
Рисунок 7.4 – Специальные способы литья
Литье под давлением – это процесс литья, когда расплавленный материал подается в литейную форму под достаточно большим давлением, что позволяет значительно снизить риск получения брака в виде раковин и пористости, (рисунок 7.5). Сначала металл доставляется в камеру прессования (рисунок 7.5, а), затем подается в полость пресс-формы (рисунок 7.5, б). После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается, стержень извлекается, и отливка удаляется из рабочей полости пресс-формы (рисунок 7.5, в). Этим процессом получают отливки из цинковых и магниевых сплавов. Литье под давлением используют при изготовлении тонкостенных отливок, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности. Недостатками этого способа являются: высокая стоимость пресс-формы и оборудования, ограниченность габаритных размеров и массы отливок, наличие воздушной пористости в массивных частях отливки.
Рисунок 7.5 – Схема процесса литья под давлением: заливка металла (а), прессование (б), извлечение заготовки (в); 1 – поршень давления, 2 – части формы, 3 – поддерживающие элементы, 4 – полость пресс-формы, 5 – выталкиватель
Литье по выплавляемым моделям – это процесс, когда модели изготавливают в пресс-формах из легкоплавкого материала (воск или стеарин) (рисунок 7.6, а), которые попеременно погружают в клеевой состав и в "кипящий" песок, наращивая тем самым слой склеенного песка на поверхностях моделей. Затем все это помещают в печь или кипяток, где легкоплавкий материал моделей расплавляется и вытекает из форм и они помещаются в печь для прокаливания.
Получается прочная, но хрупкая оболочка (рисунок 7.6, б), в которую заливают расплавленный материал (рисунок 7.6, в), а после затвердевания отливки форма легко разрушается от небольшой динамической нагрузки, например, от удара молотком или от небольшого нажатия прессом. Литьем по выплавляемым моделям изготавливают детали для приборостроительной и авиационной промышленности. Используют при литье жаропрочных труднообрабатываемых сплавов, коррозионностойких сталей, углеродистых сталей. Недостатком этого способа является сложность и длительность процесса производства отливок, применение специальной дорогостоящей оснастки.
Рисунок 7.6 – Схема процесса по выплавляемым моделям: восковая модель (а), оболочковая форма (б), процесс заливки (в)
Литье в кокиль – это процесс литья в металлическую форму многоразового использования (кокиль). Формирование отливки происходит при интенсивном отводе теплоты от затвердевающей и охлаждающейся отливки к массивному металлическому кокилю, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаных формах.
Центробежное литье – это процесс, когда литейная форма должна вращаться при подаче в нее расплавленного материала, который под действием центробежных сил прижимается к стенкам формы (рисунок 7.7). Центробежные силы способствуют уплотнению материала отливки, снижая риск получения брака в виде пористости и раковин. Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения). Недостатки способа заключаются в наличии неметаллических включений на внутренних поверхностях отливок, возможности появления дефектов в виде продольных и поперечных трещин, газовых пузырей. Преимущества – получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней, экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы, возможность получения многослойных заготовок.
При литье в оболочковые формы расплавленный металл заливают в тонкостенные оболочковые формы, изготовленные из песчано-смоляных смесей по нагреваемой оснастке. Толщина оболочковых форм от 5 до 20 мм, форма состоит из 2-х полуформ, которые, как правило, склеиваются, или соединяются механически. Применяют оболочковые формы с вертикальной и горизонтальной плоскостями разъема.
Рисунок 7.7 – Схема процесса вертикального центробежного литья (а); 1 – двигатель для вращения, 2 – изложница, 3 – расплавленный металл, 4 – ковш
Приложения