Литейное производство черных и цветных металлов реферат

Обновлено: 05.10.2024

Содержание

Введение……………………………………………………………………..…….3
Литье под давлением……………………………………………………..……….5
Отличительные особенности литья под давлением…………………………….5
Машины с горизонтальной холодной камерой прессования……………..……6
Машины с горячей камерой прессования………………………………….……7
Литье под низким давлением…………………………………………………….9
Литье вакуумным всасыванием……………………………………………. …12
Заключение………………………………………………………….……………14
Список используемой литературы

Работа содержит 1 файл

Литейное производство.docx

В начальный момент сжатый воздух или инертный газ при требуемом по технологии давлении поступает в камеры (а и б).

По достижении заданного давления вентиль (10) закрывается, а вентиль (1) открывается. В результате давление в камере (6) понижается и под воздействием разности давлений в камерах (а иб) расплав поднимается по металлопроводу и заполняет форму.

После заполнения формы расплав затвердевает под избыточным всесторонним давлением, что значительно улучшает питание отливки, уменьшает усадочную и газовую пористость, повышает ее механические свойства.

Основными преимуществами процесса являются: автоматизация трудоемкой заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава и полости формы изменением давления в камере установки; улучшение питания отливки, что повышает ее плотность благодаря избыточному давлению на расплав при его кристаллизации; снижение расхода металла на литниковую систему, что повышает коэффициент выхода готового (во многих случаях до 90%).

Способ имеет недостатки: невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет использование способа для сплавов с высокой температурой плавления; сложность эксплуатации и наладки установок.

Литье под низким давлением широко применяется для изготовления сложных фасонных и особенно тонкостенных отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, простых отливок из медных сплавов и стали в серийном и массовом производстве. Способ литья с противодавлением дает наибольший эффект при изготовлении отливок с массивными стенками равномерной толщены из алюминиевых и магниевых сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур.

Литье вакуумным всасыванием.

Суть процесса (рис. 5) заключается в том, что под действием разряжения, создаваемого в полости формы, расплав заполняет форму и затвердевает, образуя отливку. Вакуумирование полости при заливке позволяет получить тонкостенные отливки с толщиной стенки 1 – 1,5 мм, повысить механические свойства отливки. Наиболее часто способ используется для литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников скольжения из дефицитных и дорогостоящих сплавов в серийном и массовом производстве.

Рис. 5. Схема литья вакуумным всасыванием.

При литье вакуумным всасыванием (рис. 5) водоохлаждаемая литейная форма (3) заполняется расплавленным металлом из раздаточной печи (1) за счет разрежения, создаваемого в ней вакуумным насосом. Литейная форма (3) при заполнении ее металлом опирается на керамический поплавок (2). Во время непродолжительной выдержки формируется отливка (4). Затем полость формы соединяется с атмосферой, и незатвердевший металл сливается в раздаточную печь.

Основные преимущества данного способа: спокойное заполнение формы расплавом с регулируемой скоростью позволяет устранить дефекты в отливках, связанные с заполнением формы; сокращение расхода метала в следствие устранения литников и прибылей; автоматизация процесса заполнения формы позволяет осуществить комплексную автоматизацию процесса получения отливок.

Однако для получения фасонных отливок требуется довольно сложное оборудование. При изготовлении плотных отливок без усадочных дефектов необходимо согласовывать интенсивность затвердевания и питания отливки.

Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения количества отливок и эффективности литья под давлением является создание автоматизированных комплексов, гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств.

Программами технического перевооружения предусматривается интенсивное обновление парка оборудования, применение ЭВМ для управления процессами и производством, ужесточение требований техники безопасности, улучшение условий труда, повышение внимания к охране окружающей среды.

Литейное производство

Основные этапы литейной технологии. Заливка расплавленного металла в формы. Виды шихтовых материалов, применяемых для получения расплава. Усадка в отливках. Литье в песчаные формы, в кокиль, под давлением. Область применения, преимущества и недостатки.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	11.04.2013
Размер файла	40,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Литейное производство

Литейная технология - это процесс получения литых заготовок путем заливки расплавленного металла в формы, полость которых повторяет конфигурацию отливки. При охлаждении металл отвердевает и принимает конфигурацию полости формы.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких грамм до 300т, длиной от нескольких сантиметров до 20м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т.д.). Отливки получают из черных сплавов (чугуны, стали) и цветных сплавов(алюминиевых, магниевых, медных, цинковых, титановых и др.).

Для получения расплава применяют шихтовые материалы:

- небольшие слитки металлургического производства (чушки)

- отходы собственного производства

Различные сплавы имеют разные литейные свойства, которые характеризуются следующими параметрами:

1) Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять её полости и чётко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и формы, свойств формы и т. д. Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектоидные сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твёрдые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем выше вязкость, тем меньше жидкотекучесть. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литейной форме; с повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает жидкотекучесть. Так, песчаная форма отводит теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет её лучше, чем металлическую форму. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы

2) Усадка - Свойство литейных сплавов уменьшать объём при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают объёмную и линейную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка - уменьшение линейных размеров отливки при её охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

где lф и lотл - размеры полости формы и отливки при температуре 20°C.

На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшаем повышение содержания кремния. Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Линейная усадка для серого чугуна составляет 0,9-1,3%, для высокопрочного чугуна до 1.7%, для ковкого чугуна …%, для углеродистых сталей 2-2,4%, для алюминиевых сплавов 0,9-1,5%, для медных 1,4-2,3%.

Объёмная усадка - уменьшение объёма сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объёмную усадку определяют соотношением, %:

где Vф и Vотл - объем полости формы и отливки при температуре 20°C. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

Усадка в отливках проявляется в виде:

• усадочных раковин - сравнительно крупных полостей, расположенных в местах отливки, которые затвердевают последними; (На рис.2 показан процесс образования усадочной раковины в отливке.)

• усадочной пористости - скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердели последними без доступа к ним расплавленного металла;

• короблений - изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении.

Более подробную информацию о технологических свойствах отливок можно посмотреть на страничке кафедры МТ13.

Существует несколько способов изготовления отливок. Перечислим основные из них : литье в песчаные формы (ПФ), литье в кокиль(К), литье по выплавляемым моделям(ВМ), литье под давлением(Д).

Литье в песчаные формы

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы.

2. Материалы и оснастка.

1)Песчаная форма(ПФ) - разовая литейная форма, изготовленная из уплотненной формовочной смеси. ПФ состоит из двух полуформ. Для образования отверстий применяются песчаные стержни.

2)Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

3) Модельный комплект: модель детали, модели элементов литниковой системы, модельные плиты, стержневые ящики.

3. Основные технологические операции

1) Изготовление полуформ по модельным плитам (наиболее распространенными способами уплотнения смеси при машинной формовке являются прессование, встряхивание и их сочетание).

2) Изготовление стержней.

3) Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

4) Заливка форм расплавленным металлом.

5) Затвердевание и охлаждение отливок.

6) выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

7) отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

8) контроль качества отливок.

Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

1) Недоливы и спаи. Образуются от неслившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

2) Усадочные раковины - закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхтностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

3) Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре, близкой к температуре солидуса. Склонность сплава к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов, серы и других примесей. Образование горячих трещин вызывают резкие перепады толщин стенок, острые углы, выступающие части. Высокая температура заливки также повышает вероятность образования горячих трещин.

Для предупреждения образования горячих трещин в отливках необходимо обеспечивать одновременное охлаждение толстых и тонких частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.

4) Пригар - трудноудаляемый слой формовочной или стержневой смеси, приварившийся к отливке. Возникает при недостаточной огнеупорности смеси или слишком большой температуре металла.

5) Песчаные раковины - полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

6) Газовые раковины - полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

7) Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

4. Область применения

Применяют во всех областях машиностроения. Получают отливки любой конфигурации 1…6 групп сложности. Точность размеров соответствует 6…14 группам. Параметр шероховатости Rz=630…80мкм.

Можно изготавливать отливки массой до 250т. с толщиной стенки свыше 3мм.

5. Преимущества

- конфигурация 1…6 групп сложности

- возможность механизировать производство

- дешевизна изготовления отливок

- возможность изготовления отливок большой массы

- отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

6. Недостатки

- плохие санитарные условия

- большая шероховатость поверхности

- толщина стенок > 3мм

- вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Литье по выплавляемым моделям

литейный расплав металл шихтовый

1. Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения заполняемости.

1) Модельная форма состоит из модельного состава (парафин, стеарин, церезин, канифоль и т.д.).

2) Формовочная смесь: 2 ч. пылевого кварца, 1ч. связующего материала.

3) Пресс-форма для изготовления моделей.

4) Литейная форма.

5) Вибрационная установка.

3. Основные технологические операции изготовления форм и отливок.

1) Приготовление модельного состава.

2) Изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы или секции моделей.

3) Сборка моделей или секций моделей в блоки.

4) Изготовление литейной формы.

5) Подготовка литейных форм к заливке и заливка металла в горячую форму.

6) Затвердевание и охлаждение отливки в форме.

7) Снятие формы с отливки.

4. Область применения.

Этим способом можно отливать изделия из различных сплавов любой конфигурации 1…5 групп сложности массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм.

Применяется в различных областях машиностроения.

5. Преимущества.

- Можно получать отливки из тугоплавких изделий.

- Получают конфигурации отливок 1…5 групп сложности.

- Высокая точность геометрических размеров и малая шероховатость поверхности.

6. Недостатки.

Литье в кокиль

1.Сущность процесса заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы - кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десяток до нескольких тысяч отливок.

1) форма отливки - кокиль

2) расплавленный металл

3) теплоизоляционное покрытие

3. Последовательность изготовления отливок

1) Подготовка кокиля к работе: очистка от остатков теплоизоляционного покрытия, нагрев до температуры 150-200° и нанесение свежего слоя теплоизоляционного покрытия толщиной 0,1…0,5мм, а на литниковые каналы и прибыли до 1мм.

2) Сборка кокиля: установка стержней, соединение частей кокиля.

3) Заливка расплавленного металла в кокиль.

4) Затвердевание и охлаждение отливки.

5) Удаление из отливки металлических стержней (если они есть) после образования в ней достаточно прочной корки.

6) Извлечение отливки из кокиля после ее охлаждения до температуры 0,6…0,8 от температуры солидуса.

7) Охлаждение или подогрев кокиля до оптимальной температуры 200-300°С и подкраска (при необходимости) рабочей поверхности кокиля.

Применяют в автомобиле и танкостроении.

Литьем в кокиль изготавливают отливки из чугуна, стали и цв. сплавов. Трудно получить сложные стальные отливки ввиду значительной усадки литейных сталей, что ведет к образованию трещин (в отсутствии податливости формы). Целесообразно применять в серийном, крупносерийном и массовом производствах. Этим способом изготавливают отливки из стали массой до 160кг., из цв. сплавов - до 50кг. с толщиной стенок от 3 до 100мм. Точность размеров соответствует 4…12 классам. Можно изготавливать отливки 1…5 группы сложности. Параметр шероховатости поверхности Rz = 80…20мкм.

- повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем а ПФ)

- снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем а ПФ)

- снижение припусков на механическую обработку на 10-20%

- лучше санитарно-гигиенические условия

- мелкозернистая структура отливок ( >прочность)

- сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов)

- неподатливость кокиля и металлических стержней

- затруднен вывод газов из полости формы

Литье под давлением

1.Сущность процесса заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100Мпа. Конечное давление на расплав может достигать 490Мпа. Давление снимается посте полного затвердевания отливки в пресс-форме.

2) смазка (машинное масло)

3) прессующая машина

3.Основные технологические операции.

1) Очистка пресс-формы.

2) Нагрев пресс-формы до 120…220°С и покрытие поверхности смазкой.

3) Сборка пресс-формы.

4) Залив расплавленного металла в камеру прессования и запрессовка расплава под давлением в полость пресс-формы.

5) Охлаждение и затвердевание отливки под внешним давлением.

6) После затвердевание отливки внешнее давление снимается и извлекается отливка.

Используется для изготовления отливок цветных металлов сложной конфигурации с тонкими стенками массой до 45кг.

Применяется в машиностроении.

- получают сложные тонкостенные отливки

- низкая шероховатость поверхности, следовательно, снижается механическая обработка отливок на 90-95%

- высокая точность геометрических размеров

- улучшенные санитарно-гигиенические условия

- высокая стоимость пресс-формы, сложность ее изготовления

- наличие газовоздушной пористости

- ограничение номенклатуры получения отливок по размерам и массе.

Подобные документы

Литье как технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом. Литье в песчаные формы и в кокиль. Литье по выплавляемой модели и по газифицируемым (выжигаемым) моделям. Прокатка и штамповка.

презентация [1,1 M], добавлен 26.12.2011

Характеристика, сущность и типы литейного производства. Способы литья: в песчаные и оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением. Элементы литейной формы и литейные сплавы, требования к сплавам и их эксплуатационным свойствам.

реферат [26,4 K], добавлен 31.05.2010

Литейное производство и расчет технологической оснастки (литниковой системы, модельный комплект, оборудование для изготовления литейных форм). Литье в земляные, металлические (кокиля) формы, под давлением, по выплавляемым моделям, центробежное и другие.

курсовая работа [26,8 K], добавлен 09.01.2010

Краткая характеристика материалов, применяемых в доменном производстве для получения чугуна. Описание последовательности изготовления формы методом ручной формовки. Особенности конструирования деталей, изготовленных литьем в кокиль и под давлением.

курсовая работа [4,3 M], добавлен 15.01.2015

Работа посвящена технологии литейных процессов. Технология - изменение свойств или формы. Литье в песчаные (земляные) формы, в металлические формы; под давлением, центробежное литье, по выплавленным моделям; литье намораживанием, в оболочечные формы.

реферат [2,1 M], добавлен 18.01.2009

Параметры, этапы проектирования, целесообразность и сущность типовой технологии литья в песчаные формы. Характеристика способов изготовления отливок и виды оборудования. Особенности термообработки отливок, определение их дефектов и способы устранения.

презентация [1,3 M], добавлен 18.10.2013

Общие сведения о процессе литья. Классификация способов литья. Физическая сущность процесса литья. Виды литья: в песчаные формы, в кокиль, в оболочковые формы, шликерное в гипсовой форме, центробежное, намораживанием, под низким давлением.

Проблема формирования состава сплава для достижения определенного комплекса свойств литого материала. Сравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей, ограничения способов литья. Технологические требования к литейным сплавам.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	15.03.2015
Размер файла	53,0 K

Литейным производством называется отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением изделий - заготовок и деталей, путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полости которой соответствуют конфигурации изделия.

Задачей литейного производства является изготовление фасонных изделий.

Способ литья используют в двух направлениях:

- для удешевления производства изделий;

- для изготовления изделий, которые нельзя или затруднительно получить другими способами.

В современных условиях развитых промышленных стран основным направлением в литейном производстве становится второе из названных выше направлений.

Стоимость литой детали в большинстве случаев ниже стоимости аналогичной детали, полученной другими способами. Значительную роль в этом играет тираж деталей. Наиболее дешевым способом получения оливок является способ литья в землю. Масса отливок может составлять от нескольких грамм до сотен тонн. Литьем изготавливают как наиболее ответственные детали, в том числе и уникальные, так и малоответственные детали широкого потребления.

Литейное производство является одной из важнейших отраслей машиностроения. Около 6080% (по массе) всех деталей машин изготавливают различными способами литья.

Способом литья изготавливают заготовки и детали. В настоящее время основной объем продукции литейного производства составляет изготовление заготовок.

Развитие и внедрение новых высокоточных способов литья определяет тенденцию перехода к производству, ориентированному на изготовление литьем деталей машин.

Из общего объема выпуска отливок 75% изготавливают литьем в землю, 20% - литьем в металлические формы и остальные - другими способами литья.

По мере роста технических достижений в области литейного производства повышается качество отливок, их точность, уровень физико-механических и других свойств. За последние 20 лет прочность отливок из углеродистых сталей повышена с 400 МПа до 2000 МПа, из чугуна от 100 МПа до 1000 МПа. Такое повышение достигнуто в основном за счет применения новых марок сталей и чугунов, однако существенную роль сыграло также и совершенствование технологии литья. Разработка новых составов преследует и другую цель - удешевление литейных материалов и, в целом, литейного производства. Одним из путей решения этой задачи является замена дорогостоящих марок сплавов сложного состава более дешевыми марками простого состава специализированными для узкой конкретной задачи.

В целом проблема формирования состава сплава для достижения определенного комплекса свойств литого материала является наиболее сложной в научном плане, однако и наиболее актуальной. В настоящее время накоплен значительный объем научных представлений и практических рекомендаций, позволяющий сформулировать критерии и требования, регламентирующие состав литого материала заданного назначения.

1. Структура литейного производства

Получение литого изделия - отливки основано на процессе заполнения жидким металлом специальной литейной формы, последующее охлаждение и затвердевание материала и извлечение готовой отливки путем разрушения разовой или раскрытия многоразовой формы.

Разовой называется форма, которая служит для изготовления в ней одной отливки и разрушается при извлечении из нее готовой отливки.

Примеры разовых форм - песчано-глинистые формы, оболочковые формы, формы для литья под давлением.

Такие формы изготавливают из неметаллических материалов.

Многоразовой называется форма, в которой можно изготовить последовательно несколько отливок.

Примеры многоразовых форм - кокиль, формы для литья под давлением, формы для центробежного литья.

Такие формы изготавливают из металлических материалов, хотя, отдельные элементы формы и покрытия на поверхностях могут быть из неметаллических материалов.

По способам проведения и организации технологических процессов технологии литейного производства подразделяются на ручные, механизированные и автоматизированные.

2. Сравнительный анализ достижимых уровней технико-экономических показателей, ограничения способов литья

Точность размеров отливок, изготавливаемых различными способами литья, ограничена квалитетами 817.

Шероховатость поверхности является одной из основных геометрических характеристик качества и при различных способах литья ограничена диапазоном = 10320 мкм.

К показателям, ограничивающим применение способа литья при изготовлении изделий, относятся такие - оптимальная (минимальная) толщина стенок отливок, а такие радиусы галтелей - сопряжений стенок, расположенных под углом друг к другу.

Сведения для сравнительного анализа показателей, характеризующих достижимые уровни точности и качества отливок при различных способах литья приведены в таблице 1. 2.

Отличительные особенности литья под давлением…………………………….5

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования……………..……6

Машины с горячей камерой прессования… ……………………………….……7

Литье под низким давлением……………………………………………………. 9

Литье вакуумным всасыванием……………………… ……………………. …12

Список используемой литературы……………………………………….…….. 15

Литейное производство – отрасль машиностроения, технологическими процессами которой получают литые заготовки (отливки) для деталей машин: станины прокатных станков, станины металлорежущих станков, корпуса гидротурбин и другие отливки массой в десятки и сотни тонн и маленькие детали массой в несколько граммов для радиоэлектронной промышленности, часовой промышленности и других отраслей. Характерной особенностью литейного производства является универсальность – возможность получения самых разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам фасонных заготовок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов.

Литейное производство – один из распространенных методов формообразования заготовок. По сравнению с другими методами получения заготовок литье позволяет получить отливки практически не ограниченных габаритных размеров и массы из всех сплавов, в том числе из сплавов, не поддающихся пластической деформации и труднообрабатываемых резаньем.

Сущность литейного производства заключается в приготовлении расплавленного метала необходимого качества и заливке его в специальную литейную форму. Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. В процессе кристаллизации формируются механические и эксплуатационные свойства литых заготовок, определяемые макро- и микро- структурами сплава, его плотностью, наличием и расположение в нем неметаллических включений, развитием в отливке внутренних напряжений , вызываемых неоднородным охлаждением его частей.

Теория и практика технологии литейного производства на современном этапе позволяют получать изделия с высокими эксплуатационными свойствами. Свидетельством тому является надежная работа отливок в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Литые заготовки используются не только в различных отраслях машиностроения и приборостроения, но и при изготовлении различных строительных конструкций доменных печей и других металлургических агрегатов, морских и речных судов, деталей бытового оборудования и сантехники, художественных и ювелирных изделий. Продукция литейного производства распределяется между основными отраслями укрупнено следующим образом: машиностроение – 60%, строительство – 20%, металлургия – 15%, остальное – 5%. Современное состояние литейного производства определяется совершенствованием традиционных и появлением новых способов литья, непрерывно повышающимся уровнем механизации и автоматизации технологических процессов, специализацией и централизацией производства.

Важнейшим направлением повышения эффективности производства являются улучшение качества, надежности, точности и шероховатости поверхностного слоя отливок с максимальным их приближением к форме готовых деталей, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшение условий труда.

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и прочее. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Литье под давлением.

Сущность литья под давлением (рис. 1) заключается в изготовлении отливок в металлических формах (пресс-формах) заполнением расплавом под действием внешних сил гравитации, а затвердевание отливки протекает под избыточным давлением. После затвердевания отливку извлекают из пресс-формы.

Отличительные особенности литья под давлением.

Значительное давление на расплав обеспечивает высокую скорость движения потока расплава в пресс-форме (до 120 м/с). Форма заполняется за десятые и сотые доли секунды, что позволяет получать отливки с толщенной стенки менее 1 мм.

Высокая скорость впуска расплава в полость пресс-формы не позволяет воздуху и продуктам разложения смазочного материала полностью удалиться из полости пресс-формы. Они попадают в расплав, что приводит к образованию воздушной пористости и снижению плотности и герметичности отливок и пластических свойств сплава.

Высокая кинетическая энергия движущегося расплава и статическое давление на него в момент окончания заполнения полости пресс-формы способствуют получению поверхностного слоя отливки с весьма малой шероховатостью.

Высокая интенсивность теплового взаимодействия между расплавом, отливкой и пресс-формой способствует изменению структуры в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности.

Давление , прикладываемое к расплаву при заполнении полости пресс-формы, позволяет регулировать продолжительность заполнения и изменять количество теплоты, отводимой от расплава за время ее заполнения.

Для изготовления оливок литьем под давлением применяют специальные машины литья под давлением с холодной (горизонтальной или вертикальной) и горячей камерами прессования.

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования

На машинах с горизонтальной холодной камерой прессования (рис. 1) порцию расплавленного метала заливают в камеру прессования (4) (рис. 1,а), которую плунжером (5) под давлением от 40 до 100 МПа подают в полость пресс-формы (рис. 1, б), состоящей из неподвижной (3) и подвижной (1) полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем (2). После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 1, в), стержень (2) и отливка (7) выталкивателями (6) удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс- форму нагревают до температуры 120-320 °С.

Рис. 1. Схема процесса изготовления отливок на машинах литья под давлением с горизонтальной холодной камерой прессования.

После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приваривания отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05 – 0,15 мм. И шириной 15 мм, расположенные в полости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного метала. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг.

Машины с горячей камерой прессования.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 2) камера прессования (2) расположена в обогреваемом тигле (1) с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера (3) расплавленный метал через отверстие (4) заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10 – 30 МПа заполняет полость пресс-формы (5). После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного метала из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс-формы удаляется выталкивателями (6).

Рис. 2. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горячей камерой прессования.

Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых и магниевых сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг.

При литье под давлением температуру заливки сплава выбирают на 10 – 20 °С выше температуры ликвидуса.

Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой точностью размеров и минимальной шероховатостью поверхности за счет точной обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; без механической обработки или с минимальными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отливок; с высокой производительностью процесса.

Недостатки литья под давлением – высокая стоимость пресс-форм и оборудования; размеры и масса отливок ограничены мощностью машины; наличие воздушной пористости в массивных частях отливок, снижающей прочность деталей.

В настоящее время работают автоматизированные установки литья под давлением. В которых автоматически производятся смазывание пресс-форм, регулирование их теплового режима, подача расплавленного метала в камеру прессования, извлечение отливки и транспортирование ее к обрезному прессу для удаления литников.

Совершенствование этого способа литья направлено на предупреждение образования газовой и усадочной пористости. Известны следующие направления: вакуумирование полости пресс-формы; заполнение полости формы кислородом при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов.

Литье под низким давлением.

Суть процесса (рис. 3) состоит в заполнении полости литейной формы расплавом с последующим затвердеванием отливки при воздействии избыточного давления воздуха или газа. Термин «низкое давление» подразумевает обычно избыточное давление менее 0,1 МПа.

Способ позволяет получать тонкостенные (до 1,5 – 2 мм) отливки сложной конфигурации, плотные, без усадочной и газовой пористости и раковин из алюминиевых, магниевых, медных сплавов и стали.

Рис. 3. Схема технологического процесса литья под низким давлением.

Тигель с расплавов (8) герметически закрывают крышкой (4), в которой установлен металлопровод (7) из жаростойкого материала. Литейную форму (2) со стержнем (1), установленную на крышке, соединяют с металлопроводом литниковой втулки (3).

Воздух или инертный газ под небольшим давлением поступает по трубопроводу (6) внутрь камеры установки и завит на зеркало расплава. В следствии этого расплав поступает в форму снизу через металопровод (7), литник (9) со скоростью, регулируемой давлением в камере установки.

По окончании заполнения формы и затвердевания отливки, автоматически открывается клапан (5), соединяющий камеру установки с атмосферой. Давление воздуха в камере падает и незатвердевший расплав из металлопровода сливается в тигель. После этого форма раскрывается, отливка (10) извлекается и цикл повторяется.После этого форма раскрывается, отливка (10) извлекается и цикл повторяется.

При литье под низким давлением отливку можно изготовлять к кокиле, песчаной или комбинированной форме (кокиль и песчаные или оболочковые стержни), а также в керамической или оболочковой форме. Песчаные и керамические формы применяют редко, чаще применяют кокили или кокили с песчаными и оболочковыми стержнями, так как процесс сборки кокиля легче автоматизировать.

Развитием способа под низким давлением является литье с противодавлением (рис. 4).

Рис. 4. Схема установки для литья с противодавлением.

Установка для литья с противодавлением состоит из двух камер (а) и (б). в камере (а) располагается тигель (7) с расплавом (6). Воздух в камеры (а) и (б) попадает через вентиляции (9,8 и 10). В камере (6) находится форма (3), обычно металлическая. Камеры разделены крышкой (4), через нее проходит металлопровод (2), соединяющий тигель (7) и форму (3). Жесткая фиксация камер осуществляется прихватами (5).

Современное литейное производство

Являясь одной из наиболее древних технологий переработки материалов, литьё и ныне не теряет своей актуальности. Проектируются новые процессы и оборудование, совершенствуются приёмы повышения их экологической чистоты и точности.

Сущность и основы

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

Вязкость.
Поверхностное натяжение.
Характер поверхностной оксидной пленки.
Наличие, содержание и состав включений.
Способ затвердевания.
Химический состав основного материала.
Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

Вязкость расплава;
Интенсивность охлаждения;
Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

Технология литейного производства чёрных и цветных металлов

Литейные свойства материалов учитывают не только жидкотекучесть, но и уменьшение объёма, которое происходит в процессе охлаждения отливки. Такое явление называют усадкой; она составляет 1…3 % от первоначальных размеров. Поскольку все металлы анизотропны*, то различают линейную и объёмную усадку, которые определяют итоговый баланс металла. Первый параметр важен для отливок с увеличенным соотношением длины к ширине, а второй – для отливок сложной формы.

В процессе охлаждения металла в его структуре наблюдается ликвация – неоднородность зёрен, что обуславливается различными свойствами составляющих. Формируются также примеси и неметаллические включения. Ликвация негативно влияет на свойства конечной продукции, поэтому неоднородность структуры стараются уменьшать всеми приемлемыми способами. В частности, действующий ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» ограничивает содержание фосфора, серы (а также их соединений – сульфидов и фосфидов), ряд газов – водород, кислород, а также количество шлаков, не выведенных из металла.

В зависимости от литейных свойств металлов принимается решение о выборе целесообразной технологии получения отливок. Различают свободное литьё в формы (песчаные или металлические), литьё под давлением, литьё выжиманием, центробежное литьё, а также комбинированные способы, например, жидкую штамповку.

Литьё под давлением

Литье под давлением используется для производства отливок ответственного назначения. Процесс требует использования специального оборудования, где металл плавится, а затем поступает в форму, где охлаждается и затвердевает.

Литье под давлением используется для изготовления тонкостенных деталей с большим количеством рёбер и поднутрений. Такие отливки применяют в бытовой технике, электроинструментах, деталях автомобилей и пр. Формы для литья под давлением не ограничиваются по сечению.

Возможность получения деталей со сложными формами и небольших размеров.
Высокое качество поверхности.
Повышенная (в сравнении с обычными литейными технологиями) точность.
Стабильность характеристик металла отливки.
Высокая производительность.

Высокая стоимость оборудования и оснастки.
Сравнительно небольшая стойкость инструмента.
Повышенный уровень первоначальных финансовых затрат.

Литьё под давлением оправдывает себя при значительных программах выпуска продукции, либо при повышенных требованиях к качеству готовых отливок (в частности, для исключения последующей механической доработки).

Технологический цикл для литья под давлением очень короткий, обычно от 2 секунд до 2 минут, он состоит из следующих четырех этапов:

Зажима частей пресс-формы, при этом одна половина закрепляется на оборудовании, а вторая получает возможность скольжения по направляющим;
Подачи расплава в закрытый объём пресс-формы. Объём впрыска определяется объёмом металла (с учётом его усадки), давлением и мощностью подачи;
Охлаждения расплава в процессе контакта металла со стенками пресс-формы. В некоторых случаях усадку учитывают поджатием подвижной половины пресс-формы к поверхности затвердевающей детали;
Удаление сформированной отливки из оснастки, время которого рассчитывается, исходя из термодинамических свойств материала и максимальной толщины стенки детали.

После цикла литья под давлением обычно требуется некоторая пост-обработка. Так, при охлаждении часть материала, находящегося в каналах формы, затвердевает. Этот избыточный металл должен быть обрезан с помощью резаков. При необходимости его можно добавлять в расплав, используя для литья следующей партии продукции.

Литьё выжиманием

Технология используется в случае, когда требуется постоянная компенсация усадки материала, и применяется для литья крупных отливок с тонкими стенками. Для этого подвижная полуформа получает принудительное перемещение по направлению к поверхности расплава – вращением, винтовым или плоско-параллельным движением. Последовательность переходов такова. Металл заливают в нижнюю часть формы, далее перемещают подвижную её часть до контакта с расплавом, при этом излишек сливается в приёмный ковш установки. Поскольку между ним и основным металлом поддерживается постоянный тепловой контакт, то потери тепла минимальны, и физико-механические параметры материала равномерны во всех сечениях. Возрастает и коэффициент заполнения формы. После затвердевания подвижная полуформа перемещается в исходное положение, а готовая отливка выталкивается из полости.

Повышенная структурная однородность отливки.
Высокая равномерность физико-механических характеристик материала.
Высокая производительность процесса.

В основном литьё выжиманием используется для получения продукции из алюминиевых литейных сплавов.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

Плавильные печи;
Заливочные ковши;
Загрузочно-транспортное оборудование - погрузчики, краны, конвейеры и пр.
Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

Получение полости;
Размерная обработка элементов;
Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня - дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Читайте также: