Tehnologiya_konstruktsionnyh_materialov

Для получения отливок без усадочных раковин и пористости необхо-

димо обеспечить непрерывный подвод расплавленного металла в течение всего периода кристаллизации и охлаждения отливки и обеспечить выравни-

вание скоростей затвердевания различных ее сечений.

Линейная усадка- это уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры заливки до температуры окружающей среды.

Отливка по своим линейным размерам всегда меньше полости формы,

в которой она получена. Эта разница называется абсолютной линейной усад-

кой. Относительной линейной усадкой называют отношение абсолютной ли-

нейной усадки к линейным размерам отливки после полного охлаждения.

размеры полости формы и отливки при температуре 20ºС в мм.

Поскольку линейная усадка в отливках практически никогда не бывает свободной, а всегда в той или иной степени затруднена, в отливках возника-

ют упругие и пластические деформации. Внешние, более остывшие слои от-

ливки, затрудняют усадку внутренних горячих слоев, в результате чего внут-

ренние слои будут пластически растянуты, а наружные - упруго сжаты, что приведет к образованию внутренних напряжений. Если величина напряже-

ний превысит предел текучести, то возможно искривление – коробление от-

ливки. Если же величина напряжений превысит величину предела прочности материала, то появятся трещины.

В зависимости от того, в какой период образовались трещины, разли-

чают трещины горячие и холодные. Горячие трещины появляются при тем-

пературе, близкой к температуре затвердевания сплавов, когда они имеют очень низкую прочность. Поверхность трещины будет темной, окисленной.

Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Холодные трещины образуются в отливках, имеющих большую разницу в толщине тонких и массивных частей, т.е. охлаждающих-

42

ся неравномерно Поверхность металла в зоне трещины будет неокисленной,

так как она образовалась в холодном металле.

Ликвация - это неоднородность химического состава сплава в различ-

ных частях отливки. На склонность сплава к ликвации влияет химический состав сплава, интервал кристаллизации, скорость охлаждения отливки и т.д.

Различают два основных вида ликвации: дендритную и зональную. Дендрит-

ная ликвация характеризуется наличием химической неоднородности в пре-

делах одного зерна сплава, она тем заметнее, чем больше скорость затверде-

вания сплава в форме. Зональная ликвация проявляется в неоднородности структуры и состава в различных частях отливки. Зональная ликвация наибо-

лее опасна, так как ее нельзя устранить термической обработкой. Разновид-

ностью зональной ликвации является ликвация по удельному весу.

Газонасыщение металла происходит из топлива, шихтовых материалов,

окружающей среды и из литейной формы, которая при заполнении ее жид-

ким металлом выделяет газы. Газы могут находиться в металле в свободном состоянии или растворяться в нем, образуя окислы, гидриды, нитриды. Рас-

творенные в металле газы ухудшают его механические свойства и способст-

вуют образованию литейных дефектов - газовых раковин.

Таким образом, литейные свойства являются определяющими при кон-

струировании литой детали, выборе материала и способа получения отливки и без учета их даже при самом совершенном технологическом процессе ли-

тья получить отливку без литейных дефектов невозможно.

3.2. Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы является универсальным и самым распро-

страненным способом изготовления отливок. Этот способ применяется для получения отливок различной сложности массой от нескольких граммов до сотен тонн из чугунов, стали и сплавов цветных металлов.

Технологический процесс изготовления отливок в песчаных формах состоит из ряда основных и вспомогательных операций, выполняемых в оп-

43

ределенной последовательности. Схема технологического процесса изготов-

ления отливок в песчаных формах представлена на рис. 3.3. Для изготовле-

ния песчаной формы необходимо иметь технологическую литейную оснаст-

ку, часть

Рис. 3.3. Схе-

ма технологи-

ческого про-

цесса получе-

ния отливок в песчаных формах.

которой,

включающую все технологические приспособления, необходимые для полу-

чения в форме отпечатка модели, называют модельным комплектом (МК).

МК состоит из моделей отливки (или шаблонов для изготовления формы),

элементов литниковой системы, одного или нескольких стержневых ящиков,

сушильных, модельных или подмодельных плит и других приспособлений.

Литейная модель - это прототип, копия отливки, с помощью которой в литейной форме получают отпечаток, соответствующий внешней конфигу-

рации отливки. Модель отличается от отливки несколько увеличенными раз-

мерами, учитывающими усадку сплава, припуски на механическую обработ-

ку, литейные уклоны и радиусы, знаковые части.

Модели могут быть неразъемными, разъемными, с отъемными знако-

выми и другими частями для удобства формовки и извлечения модели из формы.

В современной практике в модельном комплекте часто отсутствуют те или иные его составляющие. Однако во всех случаях в модельном комплекте имеется модель. Исходными данными для изготовления модели служит чер-

теж отливаемой детали и технические условия на нее, в которых указываются

44

ные термические узлы, расположенные сбоку или в нижней части формы, и

размещаются около них.

Рис. 3.4. Разработка модельного чертежа:

а – чертеж детали; б – модель-

ный чертеж; в – эскиз разборной модели; г – эскиз модельного ящика;

1 – припуск на механическую обработку; 2 – литейный уклон;

3 - литейный радиус; 4 – стерж-

невой знак; МФ - плоскость разъема модели и формы.

Модель должна быть увеличена по сравнению с чертежом детали на величину припуска на механическую обработку 1 тех поверхностей, которые должны иметь соответствующую чистоту. Величина припуска зависит от размера и материала отливки, степени ее сложности, положения данной по-

верхности при заливке, характера производства и других факторов и выбира-

ется по таблицам в соответствии с ГОСТ 2664585. Припуски наносят тон-

кой сплошной линией на все обрабатываемые поверхности отливки (на рис. 3.4. припуски обозначены затемненной областью).

Для того чтобы модель отливки легко извлекалась из формы, преду-

сматривают специальные литейные (формовочные) уклоны 2 на стенке моде-

ли, перпендикулярные плоскости разъема. Величина этих уклонов зависит от способа изготовления формы, материала моделей и от высоты поверхности,

на которую назначаются уклоны. Она выражается в градусах, выбирается по таблицам (ГОСТ 3212-92) и указывается на чертеже тонкими сплошными ли-

ниями.

При разработке технологии литейной формы и подготовке чертежей для изготовления модели и стержневых ящиков все острые углы отливки в

46

местах сопряжения скругляют так как они могут быть причиной трещин в отливках. Величина радиуса скругления (галтель) 3 зависит от марки сплава и толщины сопрягающихся стенок.

Металл, залитый в форму, при затвердевании и охлаждении уменьша-

ется в объеме, т.е. дает усадку, поэтому все размеры модели заведомо увели-

чивают на величину линейной усадки.

На модели предусматривают специальные выступы 4 , называемые стержневыми знаками. Они служат для образования в форме опорных отпе-

чатков, позволяющих точно фиксировать установку стержня. Конфигурация и размеры знаков должны обеспечить устойчивое положение стержня в фор-

ме при заливке металла.

Полученный таким образом модельный чертеж служит основанием для изготовления модели.

Модели для единичного и мелкосерийного производства делают дере-

вянными, а для крупносерийного и массового - металлическими или пласт-

массовыми.

Деревянные модели легкие, простые в изготовлении, недорогие, легко ремонтируются, но они недолговечны, так как дерево набухает или рассыха-

ется, а также разрушается от ударов.

Металлические модели, модельные плиты и стержневые ящики долго-

вечнее деревянных. Они имеют большую точность, их основные размеры бо-

лее стабильны в процессе эксплуатации, поэтому отливки получаются более точными. Изготавливают их из литых заготовок с последующей обработкой до необходимых размеров.

Формовочные и стержневые смеси

Для изготовления разовых литейных форм используется формовочная смесь (ФС), без особого труда разрушаемая при извлечении отливки, но дос-

таточно прочная, чтобы противостоять силам, возникающим при заполнении формы расплавленным металлом.

47

Основной составной частью ФС является кварцевый песок (80 … 85%),

к которому в качестве связующего вещества добавляется глина (10 … 15%).

Кроме того, ФС содержит определенное количество воды (4,5 … 5,5%) и не-

большое количество добавок для придания смесям нужных свойств. Про-

центное отношение и качество составляющих в смеси зависят от ее назначе-

ния, способа формовки, рода металла, используемого для изготовления от-

ливки, веса и конфигурации отливки. В связи с этим ФС можно классифици-

ровать по следующим признакам: по способу применения, по роду заливае-

мого металла, по состоянию формовочного материала в форме.

По способу применения ФС делятся на: облицовочные, наполнитель-

ные и единые.

Облицовочная смесь используется для изготовления слоя формы, при-

легающего к модели. Она непосредственно соприкасается с металлом, по-

этому готовится из свежих исходных материалов, имеет высокие физико-

механические свойства и наносится на модель слоем 20 … 30 мм. Наполни-

тельная смесь служит для заполнения формы после нанесения на модель об-

лицовочной смеси. Она состоит главным образом из уже использованной, от-

работанной (горелой) смеси, которую подвергают очистке, с добавлением в нее небольшого количества исходных формовочных материалов. Облицо-

вочные смеси по сравнению с наполнительными имеют более высокое каче-

ство, но они и более дорогие. Единая смесь применяется при машинной фор-

мовке. Она состоит из очищенной отработанной смеси, в которую добавлены свежие формовочные материалы (7 … 15%) и немного воды. Единые смеси имеют промежуточные состав и свойства между облицовочной и наполни-

тельной смесями.

По роду заливаемого металла ФС делятся на смеси для чугунного,

стального и цветного литья, которые отличаются составом и количеством дополнительных материалов, входящих в смесь. Особые требования предъ-

являются к ФС для стального литья, так как жидкая сталь имеет более высо-

кую температуру плавления, чем другие металлы.

48

ческое взаимодействие с металлом, залитым в форму, образуя пригар на по-

верхности отливки.

Стержневые смеси (СС) должны обладать не только всеми указанны-

ми выше свойствами ФС, но и иметь более высокую огнеупорность, газопро-

ницаемость, податливость, негигроскопичность и легкую выбиваемость из отливки после ее затвердевания, так как стержни работают в более тяжелых условиях, чем сама форма. Они со всех сторон, кроме знаков, окружены рас-

плавленным металлом.

СС состоят из кварцевого песка и связующих материалов (синтетиче-

ские смолы, естественные смолы, поливиниловый спирт, продукты перера-

ботки крахмала и другие добавки).

Технологический процесс приготовления ФС и СС осуществляется ав-

томатически и заключается в подготовке (сушке, размалывании и просеве)

исходных материалов, отделении неметаллических включений, перемешива-

ния их, разрыхления и подачи готовой смеси к формовочным машинам.

Литниковые системы Литниковая система (ЛС) – это система каналов, через которые рас-

плавленный металл поступает в полость формы. Она должна обеспечивать правильное заполнение литейной формы жидким металлом, направленное за-

твердевание отливки в форме, питание отливки в период кристаллизации и охлаждения металла, отделение от него случайно попавших шлака и окислов.

Конструкция ЛС должна быть простой, чтобы расход металла был ми-

нимальным, расплавленный металл двигался в форме плавно, без завихрений и чтобы в нее не попадали воздух, окисные пленки и шлак. Расположение литниковой системы и место подвода металла в форму должны способство-

вать направленному затвердеванию отливки в форме и снабжению прибылей наиболее горячим металлом.

По способу подвода металла к форме различают ЛС: горизонтальные,

которые подводят металл по плоскости разъема полуформ, сифонные, ярус-

ные, вертикальнощелевые.

50