ткм

б) 1 – неподвижная полуформа; 2 – специальное окно для заливки сплава; 3 – поршень

В машинах с горячей камерой прессования предусмотрены автоматические операции дозировки и заливки, что значительно повышает их производительность до 3 500 запрессовок в час. Они используются, как правило, для литья мелких отливок из легкоплавких сплавов, например, цинковых, свинцово-сурьмянистых и др.

Машины с холодной камерой прессования применяют для получения отливок из сплавов на основе алюминия, магния, меди, цинка, редко – стали и чугуна, так как последние материалы обладают неудовлетворительным сочетанием литейных технологических свойств и, значительно взаимодействуя с материалом формы, резко сокращают еѐ стойкость. Характерными преимуществами литья под давлением, по сравнению с литьѐм в песчаные формы, являются: высокая производительность и точность размеров, хорошее качество поверхности отливок, возможность автоматизации процессов литья и значительное снижение трудоѐмкости. К недостаткам можно отнести: пониженную плотность и пластичность материала отливок, связанные с газовой пористостью, и невозможность, в связи с этим же, проведения последующей термообработки. Кроме того, современное оборудование не позволяет получать отливки массой более 50 кг.

Литьѐ под низким давлением. При литье под низким давлением (до 0,1 МПа) металл (алюминий, магний, медь, редко чугун или сталь) поступает в форму из тигля через металлопровод, погружѐнный в расплав, под давлением воздуха или газа на зеркало ванны расплава (рис. 48).

позволяющую существенно увеличить плотность отливок и их механические свойства (на 20–30 % по сравнению с литьѐм в кокиль), а также возможность получения тонкостенного литья с толщиной стенки 1,5–2,0 мм.

К числу недостатков можно отнести ограниченное применение при литье чугуна и стали, связанное с малой стойкостью металлопровода, хотя его и

механические свойства (по сравнению с кокильным литьѐм), а также достаточно высокая производительность.

Однако при использовании форм-кристаллизаторов можно получать лишь отливки простой формы, а в случае отливки втулок предусматривать значительный припуск на механическую обработку внутренней поверхности.

Литьѐ с кристаллизацией под давлением. Сущность способа литья с кристаллизацией под давлением состоит в заливке металла в пресс-форму и последующего его уплотнения пуансоном гидравлического пресса в процессе

использовать для литья даже деформируемые сплавы, хотя есть опасность образования усадочной пористости и горячих трещин.

Освоено производство слитков диаметром от 30 до 600 мм и отливок с толщинами стенок от 2 до 100 мм и массой от нескольких граммов до 300 кг. В связи с тяжѐлыми условиями работы матрицы, пуансоны, стержни и толкатели изготовляют из теплостойких инструментальных сталей 5ХНМ, 3Х2В8Ф, 4Х5МФС, 4Х5В2ФС.

Для защиты поверхности прессформ применяют краски и теплоизоляционные покрытия. Преимуществами метода являются: получение плотных (беспористых) отливок с мелкозернистой структурой и высокими механическими свойствами из литейных и деформируемых сплавов, небольшие припуски на обработку резанием, высокая производительность и выход годного (до 95 %). Недостаток – высокая трудоѐмкость изготовления литейной оснастки

Центробежное литьѐ. Технология центробежного литья заключается в том, что расплав заливают во вращающуюся форму, где он затвердевает под

действием центробежных сил. Этим способом получают отливки из чугуна, стали, сплавов на основе меди, цинка, алюминия, магния, титана, а также из биметаллических композиций: сталь – бронза, чугун – бронза и др.

Литейные центробежные машины, как правило, бывают двух основных типов: с горизонтальной и вертикальной осями вращения (рис. 51). На машинах с горизонтальной осью вращения получают отливки, у которых длина (высота) значительно больше диаметра (различные трубы, гильзы и пр.). На машинах с вертикальной осью вращения отливают колѐса, шестерни, фасонное литьѐ. Для получения фасонных изделий применяют, наряду с металлическими, керамические, графитовые и песчаные формы.

Рис. 51. Схемы изготовления отливок при вращении формы вокруг вертикальной (а) и горизонтальной (б) осей:

1 – ковш с расплавленным металлом; 2 – литейная форма (изложница); 3 – отливка; 4 – подвижный жѐлоб

Важной характеристикой, обеспечивающей качество, является частота вращения формы. Для изложницы с горизонтальной осью вращения можно

рекомендовать число оборотов в минуту: n = 60·0,705(К/Д)0,5,

а при литье в формы с вертикальной осью вращения: n = 17 460/(g/R)0,5, мин-1,

где g – плотность сплава, кг/м3;

R и Д – соответственно радиус и диаметр тел вращения; К – гравитационный коэффициент (К = 3–300).

Преимуществами способа являются: высокий уровень производительности, высокий выход годного (90–95 %), высокая плотность и мелкозернистое строение отливок, возможность получения тонкостенных отливок. К главным недостаткам относятся: химическая неоднородность в толстостенных отливках, повышенная вероятность образования трещин, а также деформаций форм под давлением жидкого металла, разностенность по высоте (в машинах с вертикальной осью вращения).

Метод широко применяется для литья водонапорных и канализационных труб, гильз двигателей внутреннего сгорания, поршневых колец, корпусов

полых валов из коррозионностойких сталей диаметром до 1 500 мм, длиной до 10 м, массой до 60 т и других изделий.

Литьѐ выжиманием. Литьѐ выжиманием предназначено для получения тонкостенных крупногабаритных отливок посредством свободной заливки расплава в раскрытую форму с последующим заполнением металлом всей еѐ рабочей полости за счѐт сближения полуформ, которое реализуется либо поворотом подвижной полуформы вокруг оси, либо плоскопараллельным сближением одной или обеих полуформ. Избыток сплава выжимается в приѐмный ковш (рис. 52). Для повышения стойкости форм их перед заливкой покрывают защитными красками и нагревают до 250 оС.

Рис. 52. Разновидности процесса литья выжиманием:

а) – выжимание расплава поворотом подвижной полуформы; б) – выжимание расплава плоскопараллельным перемещением подвижной

полуформы;

1 – заливка сплава; 2 – сближение полуформ с выжиманием излишка металла

Литьѐм выжиманием изготавливают в основном отливки из алюминиевых и магниевых сплавов. Заливку в форму производят при температурах, превышающих ликвидус на 80–100 оС, а процесс выжимания начинают при температуре на 20–40 оС выше ликвидуса. Оптимальная скорость подъѐма уровня сплава в форме составляет 0,3–0,7 м/с.

Затвердевание отливки начинается уже в процессе движения расплава в форме и заканчивается соединением корочек металла, намороженных на стенках сближающихся полуформ. В зоне контакта соединяемых поверхностей

крупногабаритных тонкостенных отливок (размерами 1,0 × 2,5 м и толщиной стенок 1,5–5,0 мм), отсутствие литниковой системы. К недостаткам относятся: пониженная точность размеров отливок (по сравнению с литьѐм в металлические формы) и низкий выход годного литья (25–50 %).

Способы литья с непрерывным процессом формирования отливки: непрерывное и полунепрерывное литьѐ, электрошлаковое литьѐ, получение отливок методом направленной кристаллизации

Непрерывное и полунепрерывное литьѐ. Процесс получения протяжѐнных отливок посредством свободной непрерывной заливки расплава в водоохлаждаемую форму – кристаллизатор и вытягивания из неѐ

сформированной части отливки называют непрерывным литьѐм. Если накладываются ограничения на подачу металла, то способ называют полунепрерывным литьѐм.

Различают горизонтальное и вертикальное литьѐ. Материал рабочей полости выполняют либо из меди, алюминия, стали, либо (что предпочтительней) из графитовых вставок.

Внутренняя полость кристаллизатора охлаждается водой. Завершение затвердевания происходит либо в кристаллизаторе, либо – вне его.

На рис. 53 представлена схема установки для горизонтального литья. Расплав в кристаллизатор 2 поступает из раздаточной печи 1. Затвердевающая часть отливки 3 вытягивается из формы 2 с помощью роликов 4. Отливку периодически разрезают на части пилой 5. Указанным методом литья изготовляют трубы диаметром до 1 000 мм, втулки для гильз двигателей, заготовки для прокатных валков и другие изделия.

Рис. 53. Схема установки непрерывного горизонтального литья:

1 – раздаточная печь; 2 – литейная форма (кристаллизатор); 3 – затвердевшая часть отливки; 4 – ролики для вытяжки отливки; 5 – пила

Преимущества способа заключаются в неограниченности длины отливки, однородности свойств по длине, повышенной плотности металла, отсутствии литниковой системы, большом выходе годного, повышенных точности и чистоте поверхности, отсутствии операций выбивки форм, обрубки и очистки отливок, относительно невысокой стоимости литейных форм и повышенной производительности труда. Недостатки: ограниченность номенклатуры и невозможность получения отливок сложной конфигурации.

Электрошлаковое литьѐ. Суть процесса заключается в постепенном электрошлаковом переплаве расходуемого электрода 1 (рис. 54) в водоохлаждаемой металлической форме 5 и последующей кристаллизации в ней расплавленного металла.

При прохождении электрического тока через расплав шлака 2 в нѐм выделяется большое количество теплоты, в результате чего шлак нагревается на 150–300 ○С выше температуры плавления материала расходуемого электрода. В результате оплавления конца электрода капли металла проникают в шлак, очищаются в нѐм и скапливаются под шлаком, образуя металлическую ванну 3. Слой расплава, расположенный вблизи кристаллизатора, затвердевает быстрее. Расход электрода компенсируется перемещением его вниз.

Поверхность отливок получается чистой, гладкой, зачастую не нуждающейся в дальнейшей механической обработке. Отливки имеют повышенные химическую и структурную однородность, а также плотность. Уменьшается количество вредных примесей. Всѐ это обеспечивает отливкам высокие механические свойства. Отсутствие элементов литниковой системы позволяет повысить коэффициент использования металла.

Электрошлаковым литьѐм получают как мелкие отливки массой в десятки граммов, так и крупные – массой до 300 т. Например, валки для холодной прокатки, коленчатые валы и другие изделия.

Получение отливок методом направленной кристаллизации. Весьма эффективным методом повышения эксплуатационных свойств сплавов, работающих в условиях высоких температур и напряжений, является применение процессов направленной кристаллизации, что позволяет получать изделия со столбчатой, монокристаллической и композиционной структурами.

Создание максимального градиента температуры в заданном направлении роста зѐрен и минимального в других направлениях является важнейшим фактором обеспечения направленной кристаллизации. Тепло должно отводиться с одной стороны отливки с помощью холодильника. Остальная часть формы нагревается до температуры, превышающей температуру кристаллизации сплава.

На рис. 55 представлен вариант установки для ускоренной направленной кристаллизации. Прокалѐнная керамическая форма 1, закрепляемая на штоке 2, размещается внутри нагревательной печи 3. Форму заполняют расплавом из индукционной печи (на рисунке не показана) через воронку. Зона охлаждения, расположенная под зоной нагревания, состоит из тигля 4, заполненного жидкометаллическим теплоносителем 5. Расплавление теплоносителя осуществляется нагревателем 6.

После заполнения керамической формы

расплавом жаропрочного сплава она с помощью штока перемещается с заданной скоростью в зону охлаждения и постепенно погружается в жидкий теплоноситель. Материалом для изготовления керамических форм для литья высокотемпературных сплавов может служить оксид алюминия. Указанным способом успешно изготовляют лопатки газовых турбин и другие детали из жаропрочных никелевых сплавов.

Монокристаллические отливки получают как из традиционных, так и специально разработанных для этого способа сплавов, например, ЖС36, содержащего рений. Для получения монокристаллических отливок используют две группы методов.

1.Методы, основанные на приоритетном росте столбчатых зѐрен, растущих с наибольшей скоростью. Эффект достигается резким сужением формы.

2.Методы с использованием затравок.

Наконец, способами направленной кристаллизации можно получать композиционные материалы на основе Al, Mg, Cu, Ni, Co, Ti, Nb, Ta и других элементов. Например, эвтектических композиций Al–Al3Ni и Al–CuAl2. Использование направленно кристаллизованных эвтектик делает возможным повышение рабочих температур на 50–100 оС.

17.2. Сравнительная оценка способов литья

При выборе способа изготовления отливки учитывают как технические требования, так и технико-экономические показатели. Обязательно учитываются возможности по обеспечению нужной конфигурации, структуры металла и уровня механических и специальных эксплуатационных свойств

(табл. 3).

Таблица 3. Технические возможности и сравнительные показатели различных способов литья

1Способы литья: П – песчаные формы, Д – под давлением, К – в кокиль, В

–по выплавляемым моделям, О – в оболочковые формы, Ц – центробежное литье.

2Согласно ГОСТ 26645-85 с изменением № 1, 1989 г.

3Номер квалитета (ГОСТ 25346-89) определялся по классу наибольшей размерной точности отливки (ГОСТ 26645-85) для каждого способа литья путем сопоставления значений допусков.

4Более 100 мкм.

5Ед – единичное, Мс – мелкосерийное, С – серийное, Кс – крупносерийное, Мас – массовое.

6М – мелкие, Ср – средние, Кр – крупные, Окр – очень крупные.

ГЛАВА 18. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ

18.1. Общие сведения

Производство заготовок пластическим деформированием, часто называемое обработкой давлением, основано на способности металлов и сплавов изменять форму и размеры без разрушения.

Широко применяют пластическое деформирование как в горячем, так и в холодном состояниях. Можно выделить следующие основные способы: прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка (рис. 56).

Рис. 56. Схемы основных способов обработки металлов давлением:

а) прокатка; б) волочение; в) прессование; г) ковка; д) объѐмная штамповка; е) листовая штамповка

Прокатка осуществляется путѐм захвата заготовки 2 и деформирования еѐ между вращающимися в разные стороны валками 1 прокатного стана, толщина полосы при этом уменьшается, а длина и частично ширина возрастают.

Волочение – процесс, при котором исходная заготовка 2 протягивается на волочильном стане через отверстие инструмента 3, называемого волокой. При этом поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина – увеличивается.

Прессование – это выдавливание заготовки 4 из специального цилиндра 5 через отверстие матрицы 6, удерживаемой держателем 7. Выдавливание происходит при помощи пресс-шайбы 8 и пуансона 9.

Ковка заключается в обжатии заготовки 2 между верхним 10 и нижним 11 бойками с применением разнообразного кузнечного инструмента.

Штамповка – процесс деформации металла в штампах, форма и размеры внутренней полости которых определяют форму и размеры получаемой поковки. Штамповка бывает объѐмной и листовой. При объѐмной штамповке на горячештамповочных молотах и прессах исходная заготовка 2 деформируется в штампе 12. Листовая штамповка заготовки 4 производится на