Изготовление заготовок литьем металлов

Чугун широко применяют  благодаря хорошим технологическим свойствам

(хорошая жидкотекучесть  и обрабатываемость резанием) и  малой относительной стоимости. 

Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и  другие элементы. Стали с добавкой

Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические свойства или повышенную прочность. 

В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и  легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость. 

Плотные (без  пор и раковин) отливки получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или обеспечено направленное затвердевание. Усадка в  твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров. 

Алюминиевые сплавы - сплавы основной составной частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец. 

Добавка кремния  улучшает литейные свойства, добавка  меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость  и прочность. 

Магниевые сплавы - сплавы на магниевой основе и в  зависимости от требуемых свойств  содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные. 

Медные сплавы - сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов: латуни - сплав меди с цинком; бронзы - сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами. 

Литейные свойства - удовлетворительные. 

Титановые сплавы - сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы). 

5. Основные способы  литья, применяемые в приборостроении. 

1. Литье в  ЖСС. 

Литье в песчаные формы обеспечивает невысокое качество поверхности

(ниже Rz =320 мкм), низкую точность (ниже 16 квалитета), трудно автоматизируется и не  обеспечивает удовлетворительные  условия труда. Для получения  более высоких качественных показателей  применяют литье в формы из жидких самоотвердевавщих смесей (ЖСС). Этот способ литья применяют в любом виде производства. 

Формовочная смесь  состоит из связки - жидкой композиции и огнеупорной составляющей - наполнителя. Наполнителем являются мелкозерничтые кварцевые пески и феррохромовый шлак. В жидкую композицию входит жидкое стекло, поверхностно-активные вещества и вода. 

Для приготовления  формовочной смеси - ЖСС - используют специальные установ`ки (рис.4. 1). 
 

Рис. 4. 1 Схема  получения оболочки бункерным способом. 

Сначала в растворомешалке  тщательно перемешивают песок и  шлак в течение

1-1,5 мин, затем  - жидкая композиция и производят  перемешивание 1,5-2 мин.

При этом образуется пенообразная масса, имеющая жидкотекучесть. 

Модели и стержневые ящики изготовляют из дерева и металла. Поверхность деревянных моделей и стержневых ящиков покрывают нитрошпаклевкой и затем красят нитрокраской, так как ЖСС обладает повышенной прилипаемостью к дереву. 

Изготовление  форм и стержней длится несколько  секунд путем подачи под действием собственной массы ЖСС на модель или в стержневой ящик. Для их легкого отделения от застывшей формы модели и подмодельные плиты покрывают разделительным покрытием. Изготовление формы занимает несколько секунд.

Затем форму  подвергают сушке. 

Дальнейшие операции: сборки и заливки формы и другие делают также как и при литье в песчано-глинистые формы. Так как заливку металла осуществляют в сухую форму, теплопроводность которой меньше чем теплопроводность сырой формы, то можно получать более тонкие стенки. 

Применение способа. Способ применяют для изготовления больших корпусов приборов из чугуна и алюминиевых сплавов с толщиной стенки 4...6 мм, точностью 14...16 квалитета, шероховатостью поверхности Rz =80...40 мкм, 

Процесс мощно  легко механизировать в автоматизировать. 

2. Литье в  оболочковые формы. 

Этот способ является, как и предыдущие, способом литья в разовые формы.

Для изготовления тонких оболочковых форм нужно в 20-30 раз меньше формовочных материалов, чем для песчаных или форм из ЖСС. Способ применяют для стальных, и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве. 

Формовочная смесь  состоит из мелкозернистого песка (размер зерна

0,25...0,06мм) и термореактивной  смолы - пульвербакелита. 

Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80...40 мкм, и точность - 12...14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать. 

Применяют следующие  способы: 

-бункерный; 

-прессования  через резиновую диафрагму; 

-пескодувный. 

В основе бункерного способа положен принцип поворотного бункера 

Порядок получения  оболочки следующий (рис. 4.2). 
 

Рис. 4. 2 Схема  получения оболочки бункерным способом. 

Нагретую до 200оС и смазанную разделительным слоем (силикововый лак №5) модель закрепляют на съемной крышке бункера, затем бункер поворачивают на

180о и формовочная  смесь попадает на модель, пульвербакелит  расплавляется и склеивает песчинки, образуя оболочку. Толщина оболочки  зависит от времени выдержки  формовочной смеси на модели. В течение 15-20 с образуется оболочка толщиной 8-12 мм. Затем бункер поворачивают в исходное положение, нерасплавленная смесь ссыпается вниз, а модель с оболочкой помещают в электропечь с температурой 250-300о С, где происходит окончательная полимеризация пульвербакелита. Наилучшее качество отливок получают при использования вибрации бункера, несколько хуже при прессовании оболочек через резиновую диафрагму. 

Полученную оболочку снимают с модели специальными механизированными  выталкивателями, встроенными в  модельную плиту. 

Затем оболочковые  полуформы склеивают клеем БФ-2 или №88 в нагретом состоянии, а  перед заливкой зажимают пневматическими  зажимами с резиновыми амортизаторами или устанавливают в рабочем  положении в формовочном ящике  с помощью песка или металлической  дроби (рис.5).

 рис.5. Оболочковая  форма перед заливкой металла. 
 

3. Литье в  кокиль. 

В приборостроении  литье в кокиль (кокиль - это металлическая  форма, имеющая защитную огнеупорную  облицовку на рабочей поверхности) применяют для отливки толстостенных  деталей из алюминиевых или магниевых сплавов, реже из чугуна в серийном и массовом производстве. 

Экономическая целесообразность кокильного литья  зависит от стойкости металлической  формы (табл.1) 

Таблица 1. Стойкость  кокиля в зависимости от его материала  и заливаемого сплава.

| |Температура  | |Стойкость |

|Сплав |заливки  в оС |zМатериал кокиля |(количество |

| | | |заливок) |

|Алюминиевый  |650...670 |сталь 25...35 |75000 |

|Магниевый |670...700 |жаропрочный чугун |50000 |

| | |В450-1.5 | |

|Чугуны |1200...1250 |жаропрочный чугун |3000 |

| | |В450-1.5 | | 

Для равномерного охлаждения отливки металлическая  форма должна иметь стенки постоянной толщины, равной b=13=0.6отл где b - толщина  стенки кокиля, мм. dотл - средняя толщина  стенки отливки, мм. 

На рис.6 представлена конструкция створного кокиля с одной вертикальной плоскостью разъема. 
 

Рис. 6. Створочный кокиль с вертикальной плоскостью разъема. 

Для предохранения  от коробления форма имеет ребра  жесткости (рис.7.1). 

Рис.7.1 Кокиль с  вертикальной плоскостью разъема: 

1 - вентиляционные  каналы. 

2 - металлические  стержни. 

3,5 - две головки  кокиля. 

4 - литник. 

6 - ребра жесткости. 

Отверстия в  отливках оформляют металлическим  или песчаным стержнями.

Металлические стержни применяют для неглубоких отверстий, имеющих конусность 10о. В  остальных случаях применяют  сухие песчаные стержни.

Рекомендуют применять  также оболочковые стержни. 

В массовом производстве закрытие и открытие кокиля и удаление отливки осуществляют автоматически. Для этого применяют станки с пневматическим или гидравлическим приводом. 

Для повышения  стойкости кокилей их рабочую  поверхность вскрывают после  изготовления каждых 50...100 отливок огнеупорной  облицовки толщиной

0,1..0,5 мм (ее состав в %-х для алюминиевых сплавов: окись цинка 5, жидкое стекло - 2, вода - 93). 

Кроме облицовки  перед каждой заливкой рабочую поверхность  кокиля смазывают тонким слоем краски на основе мела и жидкого стекла. 

Качественные  параметры отливок: точность 12...13 квалитет, шероховатость поверхности - Rz =80...20 мкм. 

4. Литье по  выплавляемым моделями 

Литье по выплавляемым моделям применяют в приборостроении  для изготовления отливок различной  сложности из любых сплавов массой от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок 0,4-20 мм, точностью размеров до 12 квалитета и шероховатостью поверхности до Rz =20 мкм. Способ применяют при любом виде производства. 

Процесс литья  заключается в изготовлении моделей  из легкоплавкого материала, покрытия моделей тонкой огнеупорной оболочкой , выплавление модельного материала из огнеупорной оболочки и заливки освободившейся от моделей полости металлом. 

В процессе литья  по выплавляемым моделям применяют  две формы. Первую форму используют для изготовления моделей, вторая форма - это литейная изготовляемая на основе мелкого песка и связующего вещества. 

Конструкция модельной  формы - прессформы зависит от вида производства.

Для опытного и  единичного производства применяют  прессформы с ручным разъемом и выталкиванием, в серийном и массовом производстве изготовление моделей механизировано или автоматизировано. На рис.7.2 показана конструкция прессформы для ручной работы. 
 

Рис. 7.2 Прессформа для изготовления выплавляемых моделей 

Размеры рабочей  полости определяют с учетом усадки материала и изменения размеров формы при нагреве. 

Изготовление  моделей и модельных блоков. Для  изготовления моделей применяют  выплавляемые, растворяемые и выжигаемые модельные составы.

Наиболее часто  применяют выплавляемые составы. Основными компонентами выплавляемых составов являются парафин и стеарин. Примеры составов: 

(температура  запрессовки 42-45оС) 

ПС-50-50 - парафин 50%, стеарин 50% 

ПС-70-30 - парафин 70%, стеарин 30% 

(температура  запрессовки 58-60оС) 

ППэ-85-15 - парафин 85%, полиэтилен 15% 

Модельный состав расплавляют в водяном термостате и заливают под давлением 0,5...0,6 МПа/мм2 в прессформу. Для получения более  точных деталей нужно запрессовывать модельный состав при температуре 42...43оС, когда усадка равна 0,8% (При 50оС - усадка 2-2,5%). После охлаждения модельного состава до 15...18оС модель удаляют из формы. Для быстрого охлаждения прессформы охлаждают в холодильнике до 10оС. После этого модели зачищают по плоскости разъема и собирают в блок. Сборку моделей в блок