Технология литьевого производства

Можно, наоборот, повысить давление в камере печи через вентиль 8. После заполнения формы давление в камерах I и II можно повысить, сохраняя их перепад равным таковому в период заполнения формы. Обычно значение давления при кристаллизации отливки выше, чем при литье под низким давлением (0,4 – 0,6 МПа), что улучшает питание отливки, уменьшает усадочную и газовую пористость, повышает плотность отливки. По существу в этом процессе совмещены два способа литья: способ литья под низким давлением, используемый для заполнения полости формы, и способ кристаллизации отливок под всесторонним давлением газа или воздуха.

 

 

 

 

 

Рис. 7  Схема установки для литья с противодавлением (а) и устройства для перекрытия металлопровода (б): 1, 8–10 – вентили пневмосистемы установки; 2 – металлопровод; 3 – форма; 4 – крышка печи; 5 – зажим; 6 – расплав; 7 – тигель; прямыми стрелками показано направление действия воздуха на расплав; I и II – нижняя и верхняя камеры установки

 

В отличие от литья  под низким давлением при литье  с противодавлением заполнение литейной формы происходит в условиях всестороннего повышенного газового давления. Это препятствует выделению растворенных в металле газов (образование газовых пузырьков) не только при затвердевают отливки, но и при течении расплава в форме.

3. 5. Центробежное литье

Центробежное литье  – это способ формирования отливок  под действием центробежных сил при свободной заливке металла во вращающиеся формы. Центробежным способом получают отливки из  чугуна, стали, сплавов на основе меди, алюминия, цинка, магния, титана и др.

Формирование отливки  осуществляется под действием центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.

Центробежное литье  осуществляют на центробежных машинах  с горизон-

 

тальной и вертикальной осями вращения в металлических, песчаных, оболочковых

формах и формах для  литья по выплавляемым моделям.

Центробежным литьем изготавливают отливки из чугуна, стали, сплавов 

титана, алюминия, магния и цинка (трубы, втулки, кольца, подшипники качения, бандажи железнодорожных и трамвайных вагонов).

Масса отливок – от нескольких килограммов до 45 тонн. Толщина стенок от нескольких миллиметров до 350 мм. Центробежным литьем можно получить тонкостенные отливки из сплавов с низкой текучестью, что невозможно сделать при других способах литья.

Металлические формы  изложницы изготовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы в 1,5…2 раза больше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом.

На рабочую поверхность  изложницы наносят теплозащитные  покрытия для увеличения срока их службы. Перед работой изложницы  нагревают до 200 ºC.

Наиболее распространенным является способ литья пустотелых цилиндрических отливок в металлические формы с горизонтальной осью

вращения. По этому способу (рис. 8) отливка 4 формируется в поле центробежных сил со свободной цилиндрической поверхностью, а формообразующей поверхностью служит внутренняя поверхность изложницы. Расплав 1 из ковша 3 заливают во вращающуюся форму 5 через заливочный желоб 2. Расплав растекается по внутренней поверхности формы, образуя под действием поля центробежных сил пустотелый цилиндр. 

 
Рис. 8 Схема получения отливки при вращении формы вокруг горизонтальной оси: 1 – расплав; 2 – заливочный желоб; 3 – ковш; 4 – отливка; 5 – форма

 

После затвердевания  металла и остановки формы отливку 4 извлекают. Данный способ характеризуется наиболее высоким технологическим выходом годного (ТВГ = 100%), так как отсутствует расход металла на литниковую систему.

При получении отливок  со свободной параболической поверхностью при 

 
Рис. 9 Схема получения отливок при вращении формы вокруг вертикальной оси:

1 – ковш; 2 – форма; 3 – шпиндель; 4 – электродвигатель; 5 – расплав; 6 – отливка 

вращении формы вокруг вертикальной оси (рис. 9) расплав из ковша 1 заливают в форму 2, закрепленную на шпинделе 3, приводимом во вращение электродвигателем 4. Расплав 5 под действием центробежных и гравитационных сил распределяется по стенкам формы и затвердевает, после чего вращение формы прекращают и извлекают из нее затвердевшую отливку 6.

 

Отливки с внутренней поверхностью сложной конфигурации получают с использованием стержней (рис. 10, а) в формах с вертикальной осью вращения. Так отливают, например, венцы зубчатых колес. Расплав из ковша через заливочное отверстие и стояк 1 поступает в центральную полость формы 2, выполненную стержнями 3 и 4, а затем под действием центробежных сил через щелевые питатели – в рабочую полость формы. При этом избыток металла в центральной полости формы 5 выполняет роль прибыли, обеспечивая питание отливки при затвердевании.

Мелкие фасонные отливки можно получать центробежным литьем в песчаные формы (рис. 10, б). Части формы 1 и 2 устанавливают на центробежный стол и крепят на нем. При необходимости используют стержни 4. Рабочие полости 3 должны располагаться симметрично относительно оси вращения для обеспечения балансировки формы. Расплав заливают через центральный стояк, из которого по радиальным каналам он попадает в полости формы. Технологический выход годного при таком способе литья приближается к выходу годного при литье в песчаные формы. При центробежном литье можно использовать песчаные,

Рис. 10 Схема получения фасонных отливок: а – венец шестерни: 1 – стояк; 2 – центральная полость формы; 3 и 4 – стержни; 5 – прибыль; б – мелкие фасонные отливки: 1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – рабочая поверхность формы; 4 – стержень

 

металлические, оболочковые и объемные керамические, а также комбинированные формы.

Для изготовления фасонных отливок центробежный способ применяется сравнительно редко, за исключением литья тонкостенных деталей из титановых сплавов.

 

4. Другие специальные виды литья

4. 1.  Литье по газифицируемым моделям

Эту технологию можно  отнести к группе способов получения  отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям. Но в отличие от ранее рассмотренных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, замещая испаряющуюся модель, занимает освободившееся пространство в полости формы. Современные варианты технологического процесса заключаются в следующем.

Разовые пенополистирольные модели изготавливают либо засыпкой в специальные металлические пресс-формы (массовое и крупносерийное производство) суспензионного полистирола в виде подвспененных гранул, либо механической обработкой нормализованных пенополистирольных плит (мелкосерийное, единичное производство). Сложные модели делают по частям. Отдельные части и литниковую систему соединяют в единый блок склеиванием или сваркой. Собранную модель окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистирольной моделью (рис. 11, а).

Готовую модель устанавливают  в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу (рис. 11,б).

Рис. 11 Схема изготовления отливки по газифицируемой модели: а – пенополистирольная модель отливки; б – форма, подготовленная к заливке; в – заливка формы, газификация модели; г – отливка с элементами литниковой системы

 

При изготовлении сложных  отливок контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04 – 0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющие жидкоподвижные или сыпучие формовочные смеси

Приготовленную форму  заливают жидким металлом (рис. 11, в). Температу ра газификации пенополистирола близка к 560°С, поэтому под действием теплоты

заливаемого расплава модель газифицируется. При этом полость  формы постепенно освобождается и заполняется металлом.

После затвердевания  и охлаждения отливки опоку-контейнер  переворачивают, наполнитель отделяется от отливки и высыпается, после чего отливка направляется на финишные операции (рис. 11, г). В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.

Главная особенность  способа (применение неразъемной формы) определяет основное его преимущество для качества готовых отливок – повышение точности отливок благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а, следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы.

4. 2. Литье по моделям, полученным методом лазерной

                стереолитографии

Этот процесс предназначен для изготовления опытных партий отливок разного назначения в автомобилестроении, авиастроении, ракетной и космической технике, его используют для медицинских целей и получения художественных изделий.

Лазерная стереолитография (ЛС) основана на полимеризации, фотоинициированной лазерным излучением, а также излучением ртутных или люминесцентных ламп. В основе этой технополии – создание с помощью инициирующего излучения в жидкой реакционноспособной среде активных центров (радикалов, ионов, активированных комплексов), которые, взаимодействуя с молекулами мономера, вызывают рост полимерных цепей, т. е. процесс полимеризации. Вследствие полимеризации происходит изменение фазового состояния среды – в обработанной области образуется твердый полимер. Технология предусматривает создание с использованием системы CAD трехмерной электронной модели будущей отливки, которая разбивается на тонкие слои. Затем на лазерной стереолитографической установке эти слои реально воссоздаются и соединяются воедино. В результате выстраивается физический объект в виде мастер-модели из фотополимера для литья по выжигаемым моделям.

Полученная модель с  литниковой системой формуется в гипсодинасовой смеси. Форму прокаливают до полного удаления мастер-модели. Для обеспечения высокого качества отливок заливку форм можно производить на установке для центробежного литья. Затем форму разрушают, отделяя литниковую систему и зачищая детали.

4. 3. Непрерывная разливка металла

Непрерывная разливка металла  предполагает разливку расплава непосредственно из плавильной печи или ковша в водоохлаждаемый кристаллизатор, из которого затвердевшая отливка вытягивается с помощью затравки и специального привода. Полунепрерывное литье является той разновидностью способа, в которой через определенные промежутки времени все механизмы возвращаются в исходное состояние, и процесс повторяется.

Схема процесса непрерывного литья показана на рисунке 12. Расплав из ковша 1 равномерно и непрерывно поступает в водоохлаждаемую металлическую форму – кристаллизатор 2. При подаче первых порций расплава выходное отверстие кристаллизатора закрыто затравкой, поперечное сечение которой повторяет сечение отливки. Частично затвердевшая отливка 3 (слиток, пруток, заготовки прямоугольного и квадратного сечения, трубы, станины станка и др.) непрерывно извлекается тянущими валками 4 или другими устройствами. Если требуется, отливку разрезают на заготовки пилой 5.

Особенности формирования непрерывной отливки обусловлены  тем, что в разных зонах кристаллизатора  одновременно протекают все стадии охлаждения и затвердевания расплава (рис. 12): I – заполнение кристаллизатора расплавом; II – отвод теплоты перегрева; III – кристаллизация; IV – охлаждение отливки. Высокая интенсивность охлаждения расплава способствует направленной его кристаллизации, уменьшению ликвации, количества неметаллических и газовых включений в заготовке, а непрерывная подача расплава в верхнюю часть кристаллизующейся

 
Рис. 12 Схема установки для непрерывного литья заготовок: 1 – ковш; 2 – водоохлаждаемая форма (кристаллизатор); 3 – отливка; 4 – валки; 5 – пила; стрелки – направление перемещения; I – IV – зоны формирования слитка 

отливки – устранению усадочных дефектов (раковин, рыхлот, пористости).

Как правило, непрерывнолитые  заготовки имеют плотное, без  усадочных дефектов строение, малую ликвационную неоднородность и низкое газосодержание, чистую поверхность, достаточно высокую точность размеров. Однако высокая скорость охлаждения расплава во многих случаях приводит к образованию значительных внутренних напряжений в отливках, а иногда и к возникновению в них трещин.

4. 4.  Литье выжиманием

Для улучшения заполнения формы и повышения качества отливки процесс литья осуществляют так, чтобы геометрические размеры полости формы изменялись по мере заполнения ее расплавом и затвердевания отливки. Это позволяет уменьшить потери теплоты расплавом и заполнять формы тонкостенных крупногабаритных отливок, а также осуществлять компенсацию усадки отливки путем уменьшения ее объема при кристаллизации.

Первая из указанных  особенностей формирования и в значительной мере вторая реализуются при литье  выжиманием тонкостенных крупногабаритных отливок. Процесс может быть реализован по двум схемам: поворотом подвижной полуформы вокруг неподвижной оси (рис.13, а) и плоскопараллельным перемещением одной или двух подвижных полуформ (рис. 13, б).