705

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Н.М. ЧЕРНОВ , К.А. МЕДВЕДЕВ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

Учебное пособие

НОВОСИБИРСК 2010

ВВЕДЕНИЕ

Кспециальнымвидамлитьяотносятвсеметодылитьяизготовления отливок, отличающиеся от литья в песчаные формы:

—поматериалуформы(литьев кокиль,литьевкерамические формы, литье в гипсовые формы и т.д.);

—по способу изготовления литейной формы (литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям);

—по методу заливки (под давлением, литье вакуумным всасыванием, литье под низким давлением, литье с кристаллизацией под давлением, центробежное литье и др.).

Цель данного пособия — дать представление о современных, наиболее распространенных, а также перспективных специальных способах литья, применение которых для изделий автомобильного, железнодорожного и воздушного транспорта дает существенный технико-экономический эффект.

Учебное пособие состоит из пяти разделов.

В первом разделе изложены этапы изготовления отливок методом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ). В настоящее время для изделий железнодорожной техники производство отливок ЛВМ освоено Нижнетагильским вагоностроительным заводом, в то время как для автомобильной и авиационной техники он является основным способом изготовления стальных деталей.

Во втором разделе приведены основные сведения о литье в кокиль. Литье в кокиль предпочтительнее применять для изготовления деталей из алюминиевых сплавов с повышенными требованиями к герметичности и прочности.

В третьем разделе дано описание перспективного вида литья под давлением на машинах с горизонтальной камерой прессования для изготовления тонкостенных деталей из алюминиевых сплавов массового производства.

Четвертый раздел содержит сведения о центробежном и непрерывномлитьезаготовокдлябыстроизнашиваемыхдеталей,

3

узлов трения путевых транспортных машин. Центробежное литье отливок из чугуна и медных сплавов известно широкому кругу специалистов, обслуживающих железнодорожную технику. Методы полунепрерывного литья еще не нашли применения наремонтныхпредприятиях дляпрофилей малых размеров, в то время как используются заготовки из проката цветных сплавов.

Пятый раздел посвящен новому способу заливки форм и кристаллизации отливок под давлением (ЛВМКД) для изготовления отливок сложной конфигурации из черных и цветных сплавов, а также слоистых композиционных изделий сталь— твердый сплав ВК8.

1. ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Литье по выплавляемым моделям (ЛВМ) — это способ изготовления отливок заливкой жидкого металла в полость неразъемной оболочковой керамической формы (КФ), образованной методом послойного нанесения огнеупорного покрытия (ОП) на модельный блок (МБ). После выплавления МБ получают КФ, содержащую полости отливки и литниковой системы

(рис. 1.1).

Залитую КФ после охлаждения отливки разрушают, т.е. она является разовой.

Рис. 1.1. Устройство неразъемной оболочковой керамической формы для получения нескольких мелких отливок (а) и одной большой (б):

1 — воронка; 2 — стояк; 3 — коллектор; 4 — питатель; 5 — полость отливки; 6 — неразъемная керамическая форма

4

По способу формообразования неразъемных оболочковых КФ ЛВМ является разновидностью литья по удаляемым моде-

лям (ЛУМ).

Взависимостиот материалаМБи способа его удаленияиз ОП различают литье по выжигаемым газифицируемым моделям (ЛГМ) и литье по растворяемым моделям (ЛРМ).

Выплавляемая модель (ВМ) служит для получения полости будущей отливки в КФ. По конфигурации она подобна отливке,

апо размерам — больше ее на величину усадки. ВМ является разовой, т.е. служит для изготовления только одной отливки.

Материал, используемый для изготовления ВМ, называют

модельным составом (МС) или модельной композицией (МК).

Взависимости от массы, габаритов, конфигурации модели и требований, предъявляемых к качеству поверхности отливки применяют разнообразные легкоплавкие модельные составы, предназначенныедляизготовлениявыплавляемых,выжигаемых и растворяемых моделей.

Вмашиностроении наибольшее применение получили легкоплавкиевыплавляемые модельныесоставы.Свойстванекоторых составов для выплавляемых моделей приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Свойства некоторых составов для выплавляемых моделей

5

Литниковая система (ЛС) в ЛВМ служит для подвода жидкого металла в полость отливки и для ее питания в процессе затвердевания.

ЛСв ЛВМ является общейприбыльюдля отливки, апитатели служат шейкой, связывающей узлы питания отливки с прибылью.

Выплавляемую модель ЛС изготавливают из того же МС, что и ВМ отливки.

Выплавляемая модель ЛС служит опорой для монтажа на нее ВМ отливки. Конструкцию, образованную после присоединения ВМ отливки к выплавляемой модели ЛС, называют модельным блоком (МБ) (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Устройство модельного блока для мелких (а) и больших (б) отливок: 1 — металлическая вставка; 2 — модель литниковой системы; 3 — модель отливки

Присоединение ВМ отливки к выплавляемой модели ЛС производят путем пайки или склеивания.

Металлическаявставкавмодельстоякавыплавляемоймодели ЛС служит в качестве захвата МБ для транспортировки и манипулированияпри нанесениинаегоповерхность огнеупорного покрытия.

ВМотливки иЛСизготавливаютметодомзаливки илизапрессовки МС в пресс-форму.

6

Размеры полости в пресс-форме lпр ВМ отливки выполняют с учетом усадки МС м, %, литейного сплава с, %, и расширения, 1/°C, КФ при температуре формы tф, °С, в момент заливки:

где l0 — размер отливки по чертежу, мм. Процесс изготовления МБ показан на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема процесса изготовления модельного блока:

а — запрессовка модельного состава (МС) в пресс-форму выплавляемой модели (ВМ) отливки; б — запрессовка модельного состава в пресс-форму выплавляемой модели стояка; в — охлаждение ВМ отливки; г — охлаждение ВМ стояка; д — сборка модельного блока (МБ)

МБвыполняет рольподложки при формированиимногослойного огнеупорного покрытия (ОП).

Сущность процесса нанесения ОП заключается в том, что сначаланаповерхностьМБ наносят слой огнеупорнойсуспензии (краски), а затем армируют этот слой зернистым огнеупорным материалом. Армирование производят путем обсыпки, а зернистый огнеупорный материал получил название обсыпочный мате-

7

риал (ОМ). Огнеупорная суспензия (ОС) содержит связующее (30 %) и пылевидный огнеупорный наполнитель (ОН) (70 %).

В качестве связующего раствора применяют готовое связующее ГС-20Э (гидролизованныйраствор этилсиликатав этиловом спирте), содержащее 18–22 % SiO2 и водные растворы кремнезо-

лей (Snoutex, Япония; Syton, Англия; Ludex, США; Silester,

Англия и др.).

Длянаполнителейсуспензииприменяютогнеупорныематериалы с дисперсностью, т.е. размером частиц не более 0,05 мм и удельнойповерхностьюдо 800м2/кг, размерызерен обсыпочногоматериаладляпервогоивторого слоясоставляют 0,1–0,16 мм, а последующих слоев ОП 0,315–1,0 мм.

Составнекоторых огнеупорныхматериалов дляизготовления КФ приведен в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Огнеупорные материалы для изготовления керамических форм

Процесс формообразования КФ производят в следующей последовательности:

—очищают поверхность МБ от следов смазки, частичек МС

идругих загрязнений в водном растворе ПАВ;

—окунают МБ в огнеупорную суспензию, состоящую из 30 % связующего и 70 % пылевидного ОН;

—помещаютокрашенныйМБв «кипящий»слой мелкозернистого ОМ с размером частиц 0,10–0,16 мм;

—сушат 1-й слой ОП в потоке горячего воздуха при температуре 24–28 °С в течение 1 ч;

8

—повторно окунают МБ в суспензию и мелкозернистый ОМ;

—сушат 2-й слой ОП в потоке подогретого воздуха в течение

1ч 20 мин;

—наносят аналогично 3-й слой ОП, обсыпку начиная с 3-го слоя и последующих слоев производят ОМ зернистостью 0,315– 1,0 мм;

—сушат 3-й слой и последующие в потоке подогретого воздуха в течение 1,5–2,0 ч;

—последний, внешний слой ОП наносят без обсыпки, т.е окунают в суспензию и сушат 2 ч;

—МБ после нанесения на его поверхность ОП выплавляют в ванне с горячей водой или в расплаве модельного состава.

Наилучшим способом является выплавление МС из ОП в бойлерклаве при давлении пара 0,8 МПа и температуре 170 °С.

Процесс формообразования КФ методом послойного нанесения огнеупорного покрытия на МБ поясняется схемой на рис. 1.4.

Прокаливание КФ производят при температуре 950–1000 °С с целью удаления из нее газотворных веществ влаги, остатков модельного состава и продуктов деструкции связующего.

Количество газотворных веществ в зависимости от вида теплоносителя при выплавлении модельного состава приведено в табл. 1.3.

Процесс удаления газотворных веществ состоит из двух стадий: газификации и сжигания продуктов деструкции; выжигание углерода, отложившегося в порах КФ.

Цвет изломапрокаленной КФбелыйилирозовый, еслиизлом имеетцветотсерогодочерного,тоэтоозначает,чтовкапиллярах КФестьуглерод иотливкибудутпоражены газовымираковинами.

9

Рис. 1.4. Схема и последовательность формообразования керамических форм (КФ) по выплавляемым моделям:

а — очистка от загрязнений модельного блока (МБ); б — нанесение слоев огнеупорной суспензии на МБ; в — послойная обсыпка МБ; г — сушка МБ после нанесения огнеупорного слоя; д — выплавление МБ; е — КФ после выплавления; 1, 2, 3, …, n — номера слоев; n — последний слой огнеупорного покрытия

Формовку КФ в опорный наполнитель перед прокалкой производятсцельюпредупрежденияихразрушенияоттермического и гидродинамического воздействия жидкого металла, а такжепередпрокалкой КФ,изготовленныхизкристаллического кремнезема.

Кристаллический кварц претерпевает быстропротекающее полиморфное превращение при температуре 573 °С с увеличением линейных размеров на 1,4 %, что приводит к разрушению КФ при прокалке без опорного наполнителя (ОН).

10