Литье в оболочковые формы

Согласно ГОСТ 18169-86 литье в оболочковую форму - это литье металла, осуществляемое путем свободной заливки оболочковой формы.

Толщина стенок оболочковых форм соизмеримы с тощинами стенок отливок либо значительно меньше их; толщины стенок оболочковых форм в десятки раз меньше толщин стенок обычных неметаллических форм.

Оболочковые разьемные формы обычно изготовляют из сыпучих термореактивных песчаных смесей с органичекими сязующими. В качестве связующего чаще всего используют фенолоформальдегидные смолы с добавкой 8-12% уротропина от содержания смолы. Расход смолы в смеси составляет 4-5% массы огнеупорной основы - кварцевого песка или рдугого огнеупорного зернистого материала.

Литье в оболочковые формы применяют для отливок массой до 50 кг практически любых сплавов - чугуна, углеродистой илегированной стали, легких и тяжелых цветных сплавов.

Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в обычные песчаные формы состоят в следующем:

• сокращается в несколько раз расход и обьем переработки формовочных материалов;

• уменьшается трудоемкость рядов операций технологического процесса, таких как приготовление формовочной смеси,изготовление форм , очистака отливок;

• уменьшается металлоемкость формовочного оборудования;

• снижаются первоначальные капитальные затраты.

Недостатки способа в современных условиях являются:

• необходимость изготовления форм в горячей оснастке;

• трудоемкость изготовления модельной оснастки, работающей при температурах до 300 С;

• недостаточная термостойкость

Текст работы:

I.ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Краткая характеристика процесса получения отливок и работы отделений литейного цеха.

СУЩНОСТЬ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок. Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, 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.). Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы , в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

ТИПЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА. Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое. Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться. Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями. Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов. Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ.

Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe с C, т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью.

При нормальной комнатной температуре все металлы(кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы.

В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств.

Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы. Металлические материалы можно разделить на 2 группы:

1. Технически чистые металлы.

2. Сплавы.

Технически чистые металлы – металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относятся к группе цветных металлов. Их принято делить на легкие(плотность до 3г/см3 и тяжелые. Различают также благородные и редкие металлы.

Сплавы – сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами.

Сплавам можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большее применение, чем технически чистые металлы.

В состав металлических сплавов могут входит также и неметаллические вещества, например, углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава, принято называть компонентами.

Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествахпосторонние химические вещества – металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательные и называются примесями.

ЭЛЕМЕНТЫ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Литейная форма — это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. На рис. 2, а показана литейная форма для тройника (рис. 2, б). Форма обычно состоит из нижней 2 и верхней б полуформ, которые изготовляют по литейным моделям 7 (рис. 2, г) в литейных опоках 5, 5. Литейная опока — приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей 4, вставляемых в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни 7, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Литейные стержни изготовляют по стержневым ящикам (рис. 2, д). Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему 8—11. После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извлекая отливку (рис. 2, е).

ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые, молибденовые, вольфрамовые и др.

Рис.2 Литейная форма и ее элементы: а – литейная форма; б – тройник; в – литейный стержень; г – литейная модель; д – стержневой ящик; е –отливка с литниковой системой.

Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин и др.); требуемыми физическими и эксплуатационными свойствами. Выбор сплава для тех или иных литых деталей сложной задачей, поскольку все требования в реальном учесть не представляется возможным.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК

Возможность получения тонкостенных, сложных до форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ.

Различают физические, механические, технологические и химические свойства металлов.

Физические свойства. К ним относят плотность, теплопроводность, электропроводность и температуру плавления. Перечисленные свойства называются физическими потому, что они обнаруживаются в явлениях, не сопровождающихся изменением химического состава вещества. Чистые металлы плавятся при t=const, а сплавы в интервале t-p.

Механические свойства. Характеризуют способность детали, изготовленной из определенного материала, выдерживать различные нагрузки или хорошо сопротивляться истиранию при работе машины. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность и др.

Прочность сплава определяется величиной усилия, необходимого для разрушения стандартного образца. При этом стальные, алюминиевые и другие образцы испытывают на растяжение (разрыв) и относительное удлинение, а чугунные на изгиб. Кроме того, все литейные сплавы испытывают на твердость.

Твердость сплавов определяют на приборе Бринелля непосредственно на деталях или не отливках (НВ).

Твердость закаленных сталей определяют на приборе Роквелла путем вдавливания в изделие алмазной пирамиды(HRC).

Упругость – способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Пластичность(вязкость) – способность металла изменять первоначальную форму и размеры под действием нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения ее действия. Это свойство особенно важно при выборе сплавов для ковки, штамповки и прокатки. Обрабатываемость резанием – способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента. Ковкость – способность металла принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения его целости (малоуглеродистая сталь). Свариваемость – способность металлов образовывать прочные соединения при нагреве свариваемых частей до расплавленного или до пластического состояния. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевеы сплавы. Жидкотекучесть – способность металла заполнять тонкие очертания полости формы. При недостаточной жидкотекучести расплавленный металл заполняет форму и отливка становится браком. Жидкотекучесть прежде всего зависит о химического состава, от температуры перегрева: чем она выше, тем больше жидкотекучесть. Величину жидкотекучести определяют по технологической пробе – длин заполненной сплавом части полости контрольной литейной формы.

Усадка— свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах. Линейная усадка - линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

Eлин=(lф - lот)100/lот, где lф и lот - размеры полости формы и отливки при температуре 20°С. 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. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %,

Eоб=(Vф – Vот)100/Vот, где Vф и Vот – объем полости формы и объем отливки при температуре 200С. Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними. Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла. Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей. Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины чаще всего образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность. Коробление — изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении.

III. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ

МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ

Модельный комплект — это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты,- стержневые ящики,. модели элементов литниковой системы и другие приспособления. Литейная модель (рис. 3, а) - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и др. Модельная плита (рис. 3, б) — металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке. Стержневой ящик (рис. 3, в) — приспособление, служащее для изготовления стержней. Стержневые ящики бывают цельными, разъемными, вытряхными и др.

а) б)

Рис. 3. Литейная модель (а), модельная плита (б) и стержневой ящик (в) для корпуса вентиля: / — центрирующие шипы; 2 — стержневые знаки; 3 — центрирующие штыри; 4 —.металлическая плита; 5 — модели отливок; 6 — модели элементов литниковой системы

Рис. 4. Чертежи детали (а) и литейно-модельных указаний (б) для корпуса вентиля.

Припуск на механическую обработку 1 — слой металла, удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности детали. Формовочные уклоны 4 служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Галтели 5 — скругления внутренних углов поверхностей модели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке. Конфигурация стержневых знаков и их размеры должны обеспечивать легкую установку стержней в форму и их устойчивость. С этой целью предусматривают специальные замки. Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, галтели, размеры стержневых знаков регламентированы ГОСТами. Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства изготовляют деревянными, а для массового производства— из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмассы.

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Формовочные материалы — это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара.

Формовочная смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь — это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь — это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка в глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.

Единая смесь — это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т. д.

Огнеупорность — способность смеси и формы сопротивляться размягчению или расплавлению под воздействием температуры расплавленного металла. Чем крупнее песок, тем меньше в нем примесей и пыли и чем больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь. При низкой огнеупорности на поверхности отливки образуется пригар - прочное соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностью отливки.

Прочность — способность материала формы не разрушаться при извлечении модели из формы, транспортировании и заливке форм. Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности.

Газопроницаемость — способность смеси пропускать через себя газы. Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в формовочной смеси.

Пластичность — способность деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели.

Податливость — способность формы или стержня сжиматься при усадке отливки.

Стержневая смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т. д.

Жидкостекольные смеси, используемые для изготовления литейных стержней и литейных форм, приготовляют из кварцевых песков с содержанием не более 3,5 % глины, связующего материала — жидкого стекла с добавкой 10 %-ного раствора едкого натра. Отверждение смеси осуществляется продувкой углекислым газом. Холоднотвердеющие смеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из кварцевого песка, связующих материалов — карбамидофурановых, фенолоформальдегидных смол и др. В качестве катализаторов применяют ортофосфорную или азотную кислоту и ее соли. Продолжительность отверждения смесей составляет 1—20 мин.

ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

Литниковая система — это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную % подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

СБОРКА И ЗАЛИВКА ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ. ОХЛАЖДЕНИЕ, ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ОТЛИВОК. Сборка литейных форм начинается с установки нижней полуформы 1 на заливочную площадку или тележку конвейера (рис.5, а). Затем в последовательности, указанной в технологической карте или на сборочном чертеже, устанавливают стержень / (рис. 5, б) и стержень //, после этого нижнюю полуформу по центрирующим штырям 3 накрывают верхней полуформой 2 (рис. 5, в}. Устойчивое положение стержней обеспечивается стержневыми знаками, Верхнюю полуформу с нижней скрепляют болтами, скобами или накладывают груз. Заливка литейных форм—процесс заполнения полости литейной формы расплавленным металлом из чайниковых (рис. 6, а), барабанных (рис. 6, б) и других ковшей. Ковш с расплавленным Металлом от плавильных печей к месту разливки перевозят мостовым краном или по монорельсовому пути. Важное значение при заливке форм имеет выбор температуры заливки расплавленного металла. При повышенной температуре заливки возрастает жидкотекучесть металла, улучшается питание отливок, но горячий металл более газонасыщен, сильнее окисляется, вызывает пригар на поверхности отливки. В то время как низкая температура заливки увеличивает опасность незаполнения полости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливки сплавов целесообразно назначать на 100—150 °С выше температуры ликвидуса.

Автоматизация заливки литейных форм обеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышает производительность труда. На рис. 7 приведена схема автоматической заливочной установки для заливки серого чугуна в формы, в которой раздаточное устройство 7, имеет кольцевой индуктор 6 для подогрева и перемешивания расплавленного металла и герметичную крышку 2. Через канал 7 в раздаточное устройство периодически заливают чугун из ковша 8. Для выдачи дозы над зеркалом расплава создают давление, благодаря которому уровень металла в каналах 7 и 3 поднимается, и он через отверстие 4 в раздаточном носке поступает в форму 5. Расходом управляют, изменяя давление газа на зеркало расплавленного металла.

Рис. 5. Последовательность операций сборки литейной формы.

Рис. 6. Чайниковый (а) и барабанный (б) разливочные ковши.

Рис. 7. Установка для автоматизации заливки литейных форм.

Охлаждение отливок в литейных формах после заливки продолжается до температуры выбивки. Небольшие тонкостенные отливки охлаждаются в форме несколько минут, а толстостенные (массой 50—60 т) — в течение нескольких суток и даже недель. Для сокращения продолжительности охлаждения отливок, особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения: формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, по которым пропускают воздух или воду и др. При этом качество отливок не ухудшается.

Выбивка отливок — процесс удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливок из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Выбивку отливок осуществляют на различных выбивных установках.

Обрубка отливок—процесс удаления с отливки прибылей» литников, выпоров и заливов (облоев) по месту сопряжения полуформ. Обрубку производят пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, газовой резкой и на прессах. Литники от чугунных отливок отбивают молотками сразу же после выбивки из форм перед удалением стержней. Литники и прибыли от стальных отливок отрезают газовой или плазменной резкой. Ленточные и дисковые пилы используют для обрубки отливок из алюминиевых, магниевых, медных сплавов. После обрубки отливки зачищают, удаляя мелкие заливы, остатки прибылей, выпоров и литников. Зачистку выполняют маятниковыми и стационарными шлифовальными кругами, пневматическими зубилами, газоплазменной обработкой и другими способами.

Очистка отливок—процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливок. Ее осуществляют в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия, в гидропескоструйных идробеметных камерах,, химической или электрохимической обработкой и другими способами.

На рис. 8 показана схема поточной линии очистки отливок. Отливки 1 конвейером 2 подаются на решетку 3 для удаления смеси, Затем они во вращающемся барабане 4 очищаются от песка. Горелая смесь из барабана удаляется через отверстия. Из барабана отливки конвейером 5 подаются в дробеметный барабан 6, в котором струёй металлической дроби, подаваемой вращающейся дробеметной головкой 7, осуществляется окончательная очистка. После чего отливкя ленточным конвейером 8 подаются к обдирочным станкам 9 для зачистки заливов, мест установки питателей и т. д.

Рис. 8. Поточная линия для очистки отливок.

IV. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК СПЕЦИАЛЬНЫМИ СПОСОБАМИ ЛИТЬЯ

Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяет требованиям современной техники. Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключающие ее, обеспечивают высокую производительность труда и т. д.

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Оболочковые формы (разъемные, тонкостенные), изготовляют следующим образом: металлическую модельную плиту 1, нагретую до температуры 200—250 °С, закрепляют на опрокидывающем бункере 2 (рис. 9, а) с формовочной смесью 3 и поворачивают его на 180° (рис. 9, б). Формовочная смесь, состоящая из мелкозернистого кварцевого песка (93—96 %) и термореактивной смолы ПК-104 (4—7 %), насыпается на модельную плиту и выдерживается 10—30 с. От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5—20 мм в зависимости от времени выдержки. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 9, б), излишки формовочной смеси ссыпаются на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера и нагревается в печи при температуре 300—350 °С в течение 1—1,5 мин, при этом термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями 5 (рис. 9, г). Аналогично изготовляют и вторую полуформу. Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами. Кроме оболочковых форм этим способом изготовляют оболочковые стержни, используя нагреваемые

Рис. 9. Последовательность операций формовки при литье в оболочковые формы.

стержневые ящики. Оболочковые формы и стержни изготовляют на одно- и многопозиционных автоматических машинах и автоматических линиях.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении. При заливке в вертикальном положении литейные формы 6 помещают в опоки- контейнеры 7 и засыпают кварцевым песком или металлической дробью 8 (рис. 9, д) для предохранения от преждевременного разрушения оболочки при заливке расплава.

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается , с модели без расталкивания. Повышенная точность формы позволяет в 2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. Применяя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шероховатость поверхности отливок. Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочных материалов и т. д. В оболочковых формах изготовляют отливки с толщиной стенки 3—15 мм и массой 0,25—100 кг для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин из чугуна, углеродистых сталей, сплавов цветных металлов.

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующими обсыпкой и отверждением. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов (парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.). Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы. После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки с общей литниковой системой. В один блож объединяют 2—100 моделей. Керамическую суспензию приготовляют тщательным перемешиванием огнеупорных материалов (пылевидного кварца, электрокорунда и др.) со связующим — гидролизованным раствором этил-силиката. Формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока в керамическую суспензию , налитую в емкость с последующей обсыпкой кварцевым песком в специальной установке. Затем модельные блоки сушат 2—2,5 ч на воздухе или 20—40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре—шесть слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут в бак , наполненный водой , которая устройством нагревается до температуры 80—90 °С .

После охлаждения отливки форма разрушается. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяются от литников и для окончательной очистки направляются на химическую очистку в 45 %-ном водном растворе едкого натра, нагретом до температуры 150 °С. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ

При литье в кокиль отливки получают путем згливки расплавленного металла в металлические формы — кокили. По конструкции различают кокили: вытряхные; с вертикальным разъемом; с горизонтальным разъемом и др. Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации из чугуна, стали и цветных сплавов, а с металлическими стержнями — для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для получения сложной полости отливки используют разъемные стержни, состоящие из нескольких частей. Рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений. Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздействия высоких температур заливаемого металла, для регу-" лирования скорости охлаждения отливки, улучшения заполняемости кокиля, облегчения извлечения отливки и т. д. При сборке кокилей в определенной последовательности устанавливают металлические или песчаные стержни, проверяют точность их установки и закрепления, соединяют половины кокиля и скрепляют их.

Заливку металла осуществляют разливочными ковшами или автоматическими заливочными устройствами. Затем отливки охлаждают до температуры выбивки, составляющей 0,6—0,8 температуры солидуса сплава, и выталкивают из кокиля. После этого отливки подвергают обрубке, очистке и в случае необходимости—термической обработке. Разновидностью кокильного литья является литье в облицованные кокили.

Литье в облицованные кокили (рис. 10) состоит в том, что модельную плиту 6 с моделью 5 нагревают электрическими или газовыми нагревателями 7 до температуры 200—220 °С. На модельную плиту устанавливают нагретый до температуры 200—220 °С кокиль 3. В зазор между кокилем 3 и моделью 5 из пескодувной головки 1 через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термореактивным связующим (рис. 10, а). Оболочка 4 толщиной 3—5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают (рис. 10, б). Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля. После изготовления полуформ кокиль собирают, а затем из ковша 8 заливают расплавленный металлом (рис. 10, в).

При литье в кокиль сокращается расход формовочной и стержней вой смесей. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла, что обеспечивает боле высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок,! полученных в песчаные формы. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность размеров и малую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен. Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.

Рис. 10. Схема процесса изготовления отливок в облицованные кокили.

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс- формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально. На машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 11) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования 4 (рис. 11, а), который плунжером 5 под давлением 40—100 МПа подается в полость пресс-формы (рис. 11, б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке полу- чают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс- форма раскрывается (рис. 11, б), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120—320 °С. 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 плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости; перед заливкой расплавленного металла. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45кг.

Рис. 11. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

При центробежном литье сплав заливают во вращающиеся формы; формирование отливки осуществляется йод действие центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок. Центробежным литьем отливки изготовляют в металлических, песчаных, оболочковых формах и в формах для литья по выплавляемы моделям на центробежных машинах с горизонтальной или вертикальной осью вращения.

При получении чугунных водопроводных труб на машинах с гс ризонтальной осью вращения (рис. 12, а) изложницу 2 устанавливают на опорные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница приводится во вращение электродвигателем 1. Расплавленный чугун из ковша 4 заливают через желоб 8, который в процессе заливки чугуна перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования рас труба трубы используют либо песчаный, либо оболочковый стержень 8. После затвердевания залитого чугуна трубу извлекают из изложницы. На этих машинах изготовляют втулки, кольца и т. п. При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 12, 6} расплавленный металл из разливочного ковша 4 заливают в литейную форму 2, укрепленную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих машинах изготовляют кольца большого диаметра высотой не более 500 мм. На рис. 12, в показана схема процесса литья сложных тонкостенных рабочих колес на машинах с вертикальной осью вращения. Здесь 1, 6 половины кокиля; 2 — стержень, который формирует канал рабочего колеса и его лопасти; 3 — стол машины; 4 — стержень, воспринимающий удар струи заливаемого металла; 5 — шпиндель центробежной машины. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150—1200 об/мин. Изложницы перед заливкой нагревают до температуры 150—200 °С. Температуру заливки сплавов назначают на 100—150 °С выше температуры ликвидуса. Преимущества центробежного литья — получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т. д.).

Рис. 12. Схемы прцессов изготовления отливок центробежным литьем.

V. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления различных отливок. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, который имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют СЧ10—СЧ25 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к серым чугунам, цифры показывают временное сопротивление разрыву.

Серый чугун обладает высоким временным сопротивлением (100— 450 МПа), повышенной твердостью (НВ 140—283), малым относительным удлинением (( == 0,2—0,5 %).

Рис. 13. Микроструктуры серого чугуна: а – ферритного; б – перлитно-ферритного; в – перлитного; 1 – феррит; 2 – пластинчатый графит; 3 – перлит.

Ферритный серый чугун (рис. 13, а} состоит из вязкой основы — феррита и крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Его применяют для отливок неответственного назначения. Перлитно-ферритный серый чугун (рис.13, 6) в своей структуре содержит перлит, феррит и графит, обладает повышенной прочностью, его широко используют для машиностроительных отливок из-за низкой стоимости по сравнению с перлитным чугуном. Перлитный серый чугун (рис. 13, в) обладает высокой прочностью, которая обусловлена присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. Этот чугун используют для получения деталей ответственного назначения. На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотеку честь. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотекучесть. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. В тонких частях отливки у ее поверхности скорость кристаллизации будет выше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Поэтому в тонких частях отливки образуется более мелкая структура с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства этих зон. Там, где чугун затвердевает медленнее, образуется крупно зернистая структура с малым содержанием перлита и крупными вклю-: чениями графита. Механические свойства этих зон низкие. Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифицированием, термической обработкой и другими способами. При легировании в расплавленный чугун вводят твердые или расплавленные легирующие элементы (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и придания ему требуемых механических и эксплуатационных свойств.

При модифицировании в чугун вводят модификаторы (ферросилиций, силикокальций и др.) для измельчения структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему, что повышает механические свойства отливок.

Отливки из серого чугуна нашли широкое применение в станкостроении: станины станков, стойки, салазки, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и коробок передач, корпуса насосов, втулки вкладыши и др.; в автостроении; блоки цилиндров, гильзы, поршне вые кольца, кронштейны, картеры, тормозные барабаны, крыши и др.; в тяжелом машиностроении; в электротехнической промышленности и других отраслях машиностроения.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ ОТЛИВОК

Для изготовления отливок используют углеродистые легированные стали. Литейные стали обозначают аналогично конструкционным сталям. В марках углеродистых литейных сталей 15Л, 20Л—60Л, легированных — ЗОХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ, 110Г13Л и т. п. буква Л означает принадлежность к литейным сталям. Углеродистые литейные стали обладают высокими временными сопротивлением (400—600 МПа), относительным удлинением (10—24 %), ударной вязкостью, достаточной износостойкостью при ударных нагрузках. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей — углерод. Литейные стали имеют плохие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть, значительную усадку (до 2,5 %), что приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках; стали склонны к образованию трещин. Для плавки литейных сталей как правило, используют дуговые и индукционные печи. В последнее время для плавки стали широко начинают использовать плазменно-индукционные печи. Производительность таких печей по сравнению с индукционной на 25—30 % выше, а расход электроэнергии значительно ниже.

В качестве шихтовых материалов применяют стальной лом, отходы собственного производства, передельный чугун, руду, флюсы и другие материалы. Стальные отливки преимущественно изготовляют в песчаных и оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем, литьем в облицованные кокили и другими способами. На рис. 14 приведена схема литейной формы для изготовления стального зубчатого колеса. Для предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках на массивные части устанавливают прибыли, а в тепловых узлах отливок используют наружные или внутренние холодильники. Для предупреждения трещин, возникающих из-за неравномерной усадки отливки, формы изготовляют из податливых формовочных смесей. Кроме того, в отливках предусматривают технологические ребра, удаляемые при механической обработке. Высокая температура заливки (1550—1650 °С) требует применения формовочных и стержневых смесей с высокой огнеупорностью. Литниковые системы для мелких и средних отливок выполняют по разъему или сверху, а для массивных — снизу (сифоном). В связи с низкой жидкотекучестью сталей площадь сечения питателей литниковой системы в 1,5—2 раза больше, чем при литье серого чугуна. Для получения высоких механических и эксплуатационных характеристик стальные отливки подвергают отжигу, нормализации и другим видам термической обработки. Стальные отливки из углеродистых сталей используют в металлургии, станкостроении, автотракторной промышленности, трансфертном машиностроении и других отраслях. Из них изготовляют станины и валки прокатных станов, цилиндры, зубчатые колеса и т. д.

Рис. 14. Литейная форма для зубчатого колеса из стали:

1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – закрытые прибыли; 4 – утепляющие вставки; 5 – литниковая система; 6 – стержни

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ цсплавов

Для изготовления отливок используют алюминиевые сплавы АЛ1—АЛ15 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным алюминиевым сплавам, цифры — порядковый номер сплава. Алюминиевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—340 МПа), относительное удлинение (1,5—12 %) и твердость (НВ 50—90). Кроме того, сплавы АЛ1, АЛ21 и другие имеют высокую теплопрочность, сплавы АЛ8, АЛ13 и другие повышенную коррозионную стойкость в морской воде и хорошо работают при вибрационных нагрузках. Все алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются резанием. Силумины (сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9) имеют высокую жидкотекучесть, малую усадку (0,8—1,1 %), не склонны к образованию горячих и холодных трещин, потому что они по химическому составу близки к эвтектическим сплавам (интервал кристаллизации 10— 30 °С).

В качестве шихтовых материалов используют технически чистый алюминий, силумины, отходы собственного производства, лигатуры и другие добавки. Для удаления водорода и неметаллических включений алюминиевые сплавы рафинируют, как правило, гексахлорэтаном, который при температуре 740—750 °С вводят в расплав в количестве 0,3—0,4 % массы расплава.

Рис. 15. Устройство камерной поворотной электрической печи сопротивления:

1 – электронагревательные элементы; 2 – металлосборник; 3 – загрузочные окна; 4 – механизм наклона печи для слива металла

Отливки из алюминиевых сплавов широко используют в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. Из алюминиевых сплавов изготовляют блоки двигателей внутреннего сгорания, головки блоков, корпуса насосов, судовые винты авиационные детали, детали электро- и радиоаппаратов.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления отливок используют магниевые сплавы которые обозначают МЛ 1—МЛ19. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным магниевым сплавам, цифры — порядковвый номер сплава. Магниевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—350 МПа), относительное удлинение (3—9 %) и твердости (НВ 30—70). Магниевые сплавы хорошо работают при динамических нагрузках, имеют удовлетворительную коррозионную стойкость способны работать с высокими нагрузками при температурах 200 - 300 °С, хорошо обрабатываются резанием. Механические свойства магниевых сплавов значительно повышаются после упрочняющей термической обработки. Магниевые сплавы имеют низкие литейные свойства (пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин) главным образом из-за большого интервала кристаллизации. Кроме того, магниевые сплавы хорошо растворяют водород (до 24 см3/100 г металла), что затрудняет получение отливок без газовой пористости. Эти сплавы склонны к самовозгоранию при плавке и заливке форм. Магниевые сплавы плавят в тигельных электрических печах сопротивления (рис. 16, а) и индукционных печах промышленной частоты (рис. 16, б) и др. Для плавки используют стальные тигли.

В качестве шихтовых материалов применяют чушковый магнит и алюминий, отходы собственного производства, лигатуры, флюсы и др. Отливки из магниевых сплавов изготовляют преимущественно литьем в песчаные формы и, кроме того, в кокиль, литьем под давлением и другими способами.

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, при заливке могут окисляться и интенсивно захватывать оксиды. Поэтому для обеспечения плавного поступления металла в полость формы используют расширяющиеся литниковые системы с нижним или вертикальнощелевым подводом металла. Для задержания шлака применяют металлические фильтровальные сетки. Для предотвращения загорания магниевого сплава в литейной форме в состав формовочных смесей вводят защитные присадки. Чтобы предотвратить загорание магния при заливке форм, струю расплавленного металла припыливают порошком серы. Образующийся при ее горении сернистый газ предотвращает загорание. Отливки из магниевых сплавов широко используют в автомобильной промышленности, текстильном машиностроении, приборостроении, авиационной и ракетной технике и др. Из этих сплавов изготовляют корпуса насосов, детали арматуры, бензомасляную аппаратуру, корпуса приборов и инструментов, корпуса тормозных барабанов, и колес и т.п.

Рис. 16. Устройства электрических печей сопротивления (а) и индукционной промышленной частоты (б) для плавки магниевых сплавов:

1 – кожух; 2 – огнеупорная кладка; 3 – нагреватель; 4 – труба для аварийного выпуска металла;

5 – тигель; 6 – крышка; 7 – поворотный механизм; 8 – индуктор; 9 – магнитопровод; 10 – тепловая изоляция.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления отливок используют медные сплавы, которые делят на бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзы обозначают, например, Бр05Ц5С5, БрА9ЖЗЛ, где первые две буквы означают принадлежность данного сплава к бронзам, остальные буквы показывают, какие элементы входят в состав бронзы (олово, цинк, свинец, алюминий, железо), а цифры, состоящие после букв — процентное содержание элементов в данном сплаве. Буква «Л» показывает, что эта бронза литейная. Латуни обозначают, например, ЛЦ40МцЗА, ЛЦ23А6ЖЗМц2, где буква «Л» показывает принадлежность данного сплава к латуням, остальные буквы означают элементы, входящие в состав латуни (цинк, алюминий, железо, марганец), а цифры — их процентное содержание. Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют высокие временное сопротивление (196—705 МПа), относительное удлинение (3—20 %), коррозионные и антифрикционные свойства. Многие медные сплавы хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации.

Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, достаточно высокую усадку (1,4—1,6 %). Эти бронзы затвердевают в большой интервале кристаллизации (150—200 °С), что обусловливает образование в отливках рассеянной пористости. Безоловянные бронзы обладают высокой жидкотекучестью и усадкой (1 6—2,4 %), затвердевают в малом интервале кристаллизации, что приводит к образованию в отливках сосредоточенных усадочных раковин. Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку (1,6 - 2,2 %), затвердевают в интервале кристаллизации 30—70 °С, что обусловливает образование усадочных раковин и пористости. Все медные сплавы склонны к образованию трещин.

В качестве шихтовых материалов применяют чистую медь, отходи собственного производства, цинколово, свинец, железо, никеле и другие материалы. При плавке на воздухе медь окисляется с образованием оксида меди. Для предохранения от окисления и поглощения водорода плавку ведут под слоем древесного угля. Нагретый до температуры 1200 °С расплав раскисляют фосфористой бронзой, затем вводят лигатуры или чистые металлы для получения требуемого химического состава. При необходимости расплав вторично расплавляют фосфористой бронзой.

Отливки из медных сплавов преимущественно (80 %) изготовляют литьем в песчаные формы и в оболочковые. Остальное количество отливок — литьем в кокиль, под давлением, центробежным литьем и др. Из оловянных бронз изготовляют арматуру, шестерни, подшипники, втулки и др. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. Их применяют для изготовления гребных винтов крупяных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, арматуру для морской воды, детали химической и пищевой промышленности.

Латуни используют для изготовления различной арматуры для морского судостроения, работающей при температуре 300 °С, втулки и сепараторы подшипников, нажимные винты и гайки прокатных станов, червячные винты и другие детали.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СПЛАВОВ

Тугоплавкие металлы (титан, ванадий, хром и др.) имеют высокую химическую активность в расплавленном состоянии. Они активно взаимодействуют с кислородом, азотом, водородом и углеродом. Поэтому плавку этих металлов и их сплавов ведут в вакууме или в среде защитных газов. Для изготовления отливок наибольшее распространение получили титановые сплавы.

Основной способ производства титановых отливок — литье в графитовые формы, литье в оболочковые формы, изготовленные из нейтральных оксидов магния, циркония или из графитового порошка, в качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы. При изготовлении мелких сложных тонкостенных отливок применяют формы, полученные по выплавляемым моделям.

Для плавки титановых сплавов широко используют специальные вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом (рис. 17). Перед плавкой в электроде- держателе 2 печи устанавливают электрод 9, а перед сливным носком тигля 4 укрепляют литейную форму 7, После этого кожух 5 печи герметизируют и вакуумируют. Через токоподвод 1 на электрод подают напряжение, и между ними и тиглем загорается электрическая дуга. По мере наполнения тигля жидким металлом плавильную печь поворотным механизмом 6 поворачивают на 90°. Титановый сплав при этом переливается в литейную форму 7. После затвердевания отливки форму удаляют. и цикл повторяется. Отливки из титановых сплавов применяют в судостроении (гребные винты, насосы), в турбиностроении (лопатки турбин, диски), в авиации (диски и лопатки компрессоров), в электронной и вакуумной технике и других отраслях.

Рис. 17. Поворотная дуговая печь с расходуемым электордом

VI. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Основные задачи технического контроля: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушений технологического процесса, разработка мероприятий по повышению качества продукции; установление соответствия режимов и последовательности выполнения технологических операций, предусмотренных технической документацией; установление соответствия качества материалов, требуемых для производства отливок и т. д.

Контроль отливок прежде всего осуществляют визуально для выявления брака или отливок, подлежащих исправлению. Правильность конфигурации и размеров проверяют разметкой, плотность металла отливки — гидравлическими испытаниями под давлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализированных лабораториях. Технический контроль возложен на отдел технического контроля завода.

Тщательному контролю подвергают литейную оснастку (модели, модельные плиты и др.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контроль свойств формовочных и стержневых смесей, уплотнения в форме, качества стержней и правильности их установки, химического состава и технологических свойств сплава, температуры заливки и т. д.).

ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Дефекты отливок по внешним признакам подразделяют на наружные (песчаные раковины, перекос, недолив и др.); внутренние (усадочные и газовые раковины, трещины горячие и холодные и др.).

Песчаные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабого уплотнения формы, недостаточного крепления выступающих частей формы и прочих причин.

Перекос—смещение одной части отливки относительно другой, возникающий в результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной •установки стержня в форму и других причин.

Недолив — некоторые части отливки остаются незаполненными в связи с низкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучестью, недостаточным сечением элементов литниковой системы, неправильной конструкцией отливки (например, малая толщина стенки отливки) и др.

Усадочные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением. Эти дефекты возникают при недостаточном питании массивных узлов, нетехнологичной конструкции отливки, неправильной установке прибылей, заливке перегретым металлом. Газовые раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с чистой и гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщенности расплавленного металла газами и др. Трещины горячие и холодные — разрывы в теле отливки, возникающие при заливке чрезмерно перегретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы и прибылей, неправильной конструкции отливки, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней и др.

МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ ОТЛИВОК

Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения отливок из формы или после их очистки. Внутренние дефекты отливок выявляются радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

При использовании радиографических методов (рентгеноскопии, гамма- дефектоскопии) на отливки воздействуют рентгеновским или гамма-излучением. С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, размеры и глубину его залегания.

При ультразвуковом контроле ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и др.) частично и отражается. По интенсивности отражения волны судят о наличии, размерах и глубине залегания дефектов. Трещины в отливках выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.

МЕТОДЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ОТЛИВКАХ

Незначительные дефекты в ответственных местах отливок исправляют заделкой замазками или мастиками, пропиткой различными составами, газовой или электрической сваркой

Заделка дефектов замазками или мастиками — декоративное исправление мелких поверхностных раковин на отливках. Перед заполнением мастикой дефектные места очищают от грязи и обезжиривают. После заполнения раковин мастикой исправленное место заглаживают, подсушивают и затирают пемзой или графитом.

Пропитывание составами применяют для устранения пористости отливок. С этой целью их погружают на 8—12 ч в водный раствор хлористого аммония. Проникая в промежутки между кристаллами металла, раствор образует оксиды, заполняющие поры отливок. Для устранения течи отливки из цветных сплавов пропитывают бакелитовым лаком.

Газовую и электрическую сварку применяют для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины). Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках — электродами соответствующего состава. Чугунные отливки перед заваркой нагревают до температуры 350—600 °С, а после заварки их медленно охлаждают до температуры окружающей среды. Для лучшей обрабатываемости отливки подвергают отжигу.

-----------------------

Изготовление моделей, стержневых ящиков и другой оснастки

Сборка и подготовка форм к заливке

Охлаждение отливок

Приготовление формовочных и стержневых смесей

Заливка форм

Выбивка отливок из опок

Вырубка и очистка отливок

Контроль отливок

Изготовление и сушка стержней

Изготовление форм

Плавка сплава

Литье в тонкие оболочки

Технология изготовления оболочковых форм заключается в следующем.Односторонняя модельная плита нагревается до температуры 200—300°. Нагретая плита опрыскивается разделительной смазкой. Песчано-смоляная смесь засыпается на горячую плиту сверху и выдерживается в течение 15—20 сек. Смесь, не приставшая к модели, ссыпается. Плита с налипшей на ней смесью помещается в печь спекания оболочки. Затвердевшая оболочка снимается с плиты с помощью толкателей. Готовые оболочковые полуформы соответственно спариваются — скрепляются или засыпаются опорными материалами в виде песка или металлической дроби, заливка производится обычным способом. При литье в оболочковые формы возможно: 1) получение более частой и гладкой поверхности ;2) повышение точности отливки, 3) уменьшение брака по засорам, 4) качественное заполнение более тонких сечений. Применение этого способа литья позволяет: 1)  Значительно сократить расход формовочных и стержневых материалов. 2)  Использовать простую оснастку и значительно уменьшить затраты на оборудование. 3)  Упростить механизацию и автоматизацию процесса изготовления формы. Формовочные материалы. Смесь для оболочковых форм представляет собой сухую сыпучую массу, состоящую из песка и термореактивной смолы.Песок для оболочковых форм должен обладать текучестью и огнеупорностью; газопроницаемость является второстепенным свойством.Наилучшую текучесть имеют сухие кварцевые пески с низким содержанием глины; влага, глина и мелкая таль снижают текучесть песка.По степени огнеупорности применяются пески в зависимости от температуры заливаемого металла (стали 1450—1550°; легких сплавов 700— 800°). Зернистость песка определяет чистоту поверхности отливок. Для оболочковых форм следует применять пески с размером зерен 0,25 — 0,050 мм. Желательно иметь песок с возможно более равномерным распределением фракций. В качестве связующих материалов применяют искусственные термореактиные смолы, которые при нагреве сначала размягчаются, затем твердеют и необратимо переходят в неплавкое и нерастворимое состояние.Эти смолы должны отличаться термостойкостью, иметь высокую скорость отвердевания, высокую температуру разложения, малую газотворную способность и низкую токсичность .Распространенным связующим материалом является "пульвербакелит" представляющий собой мелкий порошок из смеси новолачной фенольно-формальдегидной смолы с уротропином. Пульвербакелит легко смешивается с песком в обычных бегунах и в смесителях различных конструкций Смесь может храниться в течение длительного времени, при этом свойства ее не изменяются. Также используются и другие феноло-формальдегидные смолы: жидкий бакелит, анилино-феноло-формальдегидные, феноло-крезоло-формальдегидная, и т.д Формовочные смеси. Качество приготовления формовочной смеси определяется степенью равномерного распределения связующего, по поверхности зерен песка. Для достижения этого просушенный и просеянный песок (сушка при температуре 150—220° в течение 2—3 час.) сначала перемешивается с увлажнителем, затем вводится сухая смола Песок смешивается со смолой в лопаточных, шнековых и других смесителях в течение 5—8 мин.В качестве увлажнителей применяются керосино-машинное масло, жидкий бакелит, фурфурол и другие веществаПрименение увлажнителей дает возможность предотвратить или уменьшить разделение смеси по удельному весу во время обсыпки модели. Модели. При изготовлении оболочковой формы модель не только создает нужную конфигурацию, но и непосредственно участвует в процессе формирования оболочки.Большое значение имеет теплоемкость модели, которая в основном определяет толщину оболочки. Модель должна быть массивна, чтобы сохранять запас тепла, необходимый для образования оболочки.Наилучшими для моделей являются чугун (особенно для сложных отливок) и среднеуглеродистая сталь; употребляются также бронза и алюминиевые сплавы.Точность и чистота поверхности отливки во многом зависят от точности и чистоты поверхности модели, поэтому модели изготовляют на два класса выше .точности отливок. Чистота оформляющих поверхностей модели должна быть 8—10-го класса; для повышения чистоты поверхности и качества стальных моделей их подвергают хромированию а также чтобы увеличить площадь толкания, иногда целые участки моделей делают подвижными и используют как толкатели. Для точного фиксирования полуформ во время сборки применяют фиксаторы. Наибольшее распространение получили фиксаторы типа выступ — впадина. В механизированных установках в работе находится одновременно несколько модельных плит. Оболочковые формы. Процесс изготовления оболочковых форм состоит из следующих операций: нагрев плиты, опрыскивание плиты разделительным составом, обсыпка, спекание оболочки и съем оболочки с модели. В соответствии с этим оборудование для изготовления оболочковых форм состоит из нагревательной печи, пульверизатора, опрокидывающегося бункера и съемного станка. Для нагрева модельных плит и спекания оболочек применяются нагревательные печи — электрические или газовые. Постоянство температуры печи обеспечивается автоматически терморегуляторами. Температурный режим печи может быть в пределах 250—500°.Разогрев подмодельных плит в той же печи, в которой происходит спекание оболочки, не удобен. Интенсивное охлаждение плиты при образовании оболочки приводит часто к необходимости повторных ее нагревов, что вызывает трату времени. Поэтому чаще применяют плиты с постоянным электронагревом.В качестве разделительных смазок применяют раствор мазута в керосине в соотношении 1 к 3, суспензию из алюминиевого порошка в смазочном мыле, горный воск, графитовую эмульсию в керосине и др. Для изготовления оболочковых полуформ приняты два .способа обсыпки — бункерный и рамочный. При бункерном способе нагретая плита накладывается на бункер моделями вниз, закрепляется и поворачивается вместе с бункером на 180° Смесь, находящаяся в бункере, падает на модель и давит на нее своим весом. После выдержки (15—20 сек.) бункер поворачивают обратно, и не прилипшая смесь падает на дно бункера. При рамочном способе смесь засыпают из верхнего бункера на горячую плиту, на которой укреплена рамка. После выдержки плиту вместе с рамкой поворачивают на 180° для ссыпания излишней неприставшей смеси в ящик подплитой. Толщина оболочки зависит от температуры плиты и времени выдержки плиты под смесью. Окончательное отвердение (спекание) оболочки осуществляется в нагревательной печи. Максимальная прочность и возможность хорошего съема оболочек достигаются правильным температурным режимом спекания. Для отвердения оболочки толщиной 4—.6 мм при температуре 300° достаточна выдержка в печи в течение 40—60 сек. Готовая оболочка снимается с модельной плиты на съемном столе, все операции производятся вручную. Более рациональная организация труда возможна при работе на сдвоенной установке.Сборка и заливка формГотовые полуформы склеиваются или скрепляются механическим способом. Оболочки, смазанные клеем, должны плотно прижиматься друг к другу; Для того чтобы уменьшить возможное коробление оболочки, устранить зазор по плоскости разъема и обеспечить прочную и плотную склейку полуформ.. В массовом производстве для склейки применяются многопозиционные прессовые машины конвейерного типа. Представляет интерес вакуумная склейка: при разряжении между резиновыми диафрагмами наружное дав­ление воздуха равномерно обжимает форму по всей поверхности.Для заливки форм без засыпки опорным материалом применяются приспособления, прижимающие оболочки друг к другу.Засыпка форм опорными материалами производится с помощью специальных контейнеров — металлических ящиков на две и более формы. При применении формовочной смеси вместо контейнеров используются обычные опоки. Особенности литья в оболочки. Отливки из алюминиевых сплавов типа силуминов получаются весьма высокой чистоты, без следов пригара, но они очень чувствительны к изменению величины зерен песка. Небольшое содержание в смеси песка более грубых фракций приводит к появлению ряби и раковинок, хорошо заметных на белой блестящей поверхности. Отливки, быстро очищенные от оболочки, имеют светлую поверхность. ..Если же отливки длительное время не выбиваются из форм, на их поверхности образуются темные пятна и полосы Такие же пятна появляются на отливках, залитых чрезмерно горячим металлом.При заливке алюминиевых сплавов, формы мало разрушаются, смола разлагается не очень интенсивно, и газообразные продукты распада не воспламеняются.Отливки из медных сплавов (кремнистой латуни и алюминиевой бронзы) получаются гладкими, без пригара, и менее чувствительны к зерновому составу песка, чем алюминиевые сплавы. На поверхности отливок почти всегда бывает темный налет.Высокая жидкотекучесть медных сплавов дает облои толщиной до 0,5 мм в местах разъема формы и в зазорах знаковых частей. Склейка полуформ приводит к уменьшению облоев.При заливке разложение смолы идет более интенсивно. Чугун является весьма удобным материалом для литья в оболочковые формы, так как к зерновому составу песка он не так чувствителен, как медные сплавы. Отливки получаются чистыми, гладкими, без облоя. Лишь на очень массивных сечениях высоких отливок бывает пригар. Отливки не получают отбела даже в тонких сечениях. Связующее интенсивно выгорает и формы теряют механическую прочность. При литье стали предъявляются повышенные требования к огнеупорности оболочковой формы. Необходимо применять только мелкие кварцевые пески с низким содержанием глины, примеси щелочей и окислов. Количество флюсующих примесей окислов натрия и калия, а также магния и кальция не должно быть в сумме не более 2%.Вследствие высокой температуры заливки стали смола интенсивно выгорает с поверхности оболочки, и металл затекает в образовавшиеся поры между зернами песка. Кроме того, верхний слой формы начинает разрушаться раньше, чем образуется достаточно твердая корка отливки, в связи, с чем образуется механический пригар. У тонких и мелких стальных отливок пригар не наблюдается.Применение мелкого песка позволяет получить более плотные оболочки и исключить проникновение в них жидкого металла, что повышает чистоту поверхности отливок. Хорошие результаты дают смеси из хромомагнезита, однако он является дорогим материалом. Применяют также цирконовый песок, состоящий из 67% окиси циркония и 33% двуокиси кремния. Отливки из магниевых сплавов, залитые в обычные оболочковые формы, имеют сильно окисленную темную, шероховатую поверхность со следами горения магния и значительным пригаром. После заливки оболочка целиком сохраняется и не теряет своей прочности. В связи с этим, а также из-за пригара выбивка отливок затруднена. Для устранения указанных недостатков в формовочную смесь вносят защитные присадки или на оболочковые формы наносят защитные покрытия В качестве покрытия применяется спиртовой раствор борной кислоты, который наносится на холодную оболочку во избежание ее коробления.

1.       Определение сварки

Сварка – технологический процесс получения неразъёмных соединений деталей путем их местного или общего нагрева, пластической деформации или совмещении того и другого.

2.       Тип связей, образующийся при сварке.

       В процессе сварки между свариваемыми деталями образуется межатомная связь, обеспечивающая неразъёмность свариваемых деталей.

3.       Принцип классификации способов сварки. Примеры.

Способы сварки классифицируются по принципу получения соединения на:

 Термический. Соединение достигается плавлением с использованием тепловой энергии (дуговая, плазменная, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная и др. сварка);

Термомеханический. Соединение достигается с использованием тепловой энергии и давления(контактная, диффузионная и др. сварка);

Механический. Соединение достигается с использованием механической энергии и давления (ультразвуковая сварка, сварка взрывом, сварка трением, холодная сварка и др.).

4.       Принципиальные схемы сварки плавящимся и не плавящимся             электродами.  

 

    

 

       Основное отличие сварки плавящимся электродом (рис. 1), от сварки неплавящимся электродом (рис. 2) заключается в принципе внесения присадочного металлав сварной шов. В случае сварки плавящимся электродом присадочный металл попадает в зону горения сварочной дуги из электрода при его плавлении. При сварке неплавящимся электродом присадочный металл вносится в зону горения сварочной дуги дополнительно.

 

 

5.       Схемы ручной электродуговой сварки постоянным (рис. 2) и переменным (рис.1) током.

 

     

 

 

 

6. Определение электрической сварочной дуги.

Электрической сварочной дугой называется долговременный мощный электрический разряд в ионизированной среде между электродом и свариваемым металлом. Электрическая сварочная дуга является концентрированным источником тепловой энергии, используемая для плавления металла. При горении сварочной дуги также выделяется световая энергия.

7. Схема электрической сварочной дуги.

         

 

 

Электропроводность электрической сварочной дуги зависит от способа сварки, вида и состава свариваемых деталей (т.е. от способности газовой среды, образованной испарениями материалов при плавлении, к ионизации).

8. Падение напряжения на сварочной дуге вызывается непостоянным расстоянием между электродом и свариваемыми деталями.

9. Особенности сварки переменным током.

    Отличие сварки переменным током от других видов сварки является непостоянство сварочной дуги. За секунду дуга загорается и гаснет около 100 раз.

Это вызывает её нестабильность и, как следствие, необходимость в стабилизаторе.

Кроме того положительной чертой сварочной дуги переменного тока является её высокое КПД, достигаемое за счет высокого КПД трансформатора.

10. Требования, предъявляемые к источникам переменного сварочного тока. Схема сварочного трансформатора с подвижной катушкой вторичной обмотки.

 К источникам сварочного тока предъявляются следующие требования:

 

1.     Ток короткого замыкания должен быть ограничен;

2.     Внешняя вольтамперная характеристика должна быть крутопадающей для ограничения тока короткого замыкания и повышения стабильности горения сварочной дуги;

3.     Источник тока должен быть надежным и простым в эксплуатации.

1 – катушка первичной обмотки

2 – катушка вторичной обмотки

3 – магнитопровод

4 – винт с гайкой

5 – компенсирующий конденсатор

11. Преимущества источников переменного тока с круто падающей вольтамперной характеристикой.

Источник сварочного тока с круто падающей вольт амперной характеристикой обеспечивает:

·        Стабильность горения сварочной дуги

·        Ограничение тока короткого замыкания

В процессе сварки возможны изменения длины дуги, поэтому изменяется и величина падения напряжения (В).

                                     U_д. = f(I_д. );

Устойчивое горение дуги обеспечивается, когда источник сварочного тока имеет круто падающую вольт амперную характеристику. При такой характеристике увеличение длины дуги, а следовательно и изменение падения U_д, вызывает незначительное уменьшение тока дуги:

                       DI_д’< DI_д’’

Также источники с круто падающей вольт амперной характеристикой обеспечивает ограниченный ток короткого замыкания, что практически ликвидирует опасность повреждения изоляции обмоток источника сварочного тока. А также предотвращает выгорание и обсыпание электрода, затрудняющее повторное зажигание дуги.

12. Описание и пояснение к схеме автоматической электродуговой сварки под слоем флюса.

При автоматической электродуговой сварке сварка проходит непокрытой сварочной проволокой. Сварочная дуга горит между торцом сварочной проволоки и деталями в среде ионизированных газов под слоем флюса. В зоне, прилегающей к зоне горения дуги, горения дуги плавится проволока, металл и часть флюса. По мере перемещения сварочной дуги, металл кристаллизуется, образуя шов. Расплавленный флюс всплывает на поверхность расплавленного металла и, застывая, образует шлаковую корку. Таким образом расплавленный металл постоянно отделен от воздуха или флюсом, или расплавленным шлаком, или шлаковой коркой.

    

1 – Флюс

2 – Сварочная проволока

3 – Сварочная дуга

4 – Ионизированные газы

5 – Расплавленный флюс

6 – Расплавленный металл

7 – Наплавленный металл

8 – Шлаковая корка.

13. Саморегуляция длины дуги при автоматической электродуговой сваркой под слоем флюса.

При автоматической электродуговой сварке подача сварочной проволоки обеспечивается зубчатой передачей и потому постоянной скоростью её подачи. Вследствие этого зазор между сварочной проволокой и деталью, а, следовательно, и длина дуги, остается неизменной.

14. Особенности автоматической электродуговой сварки под слоем флюса в сопоставлении с ручной сваркой.

 Автоматическая электродуговая сварка под слоем флюса имеет ряд преимуществ перед ручной электродуговой сваркой:

·       Высокая стабильность горения дуги, объясняемая высокой степенью ионизации газовой среды в дуговом промежутке и постоянством длины дуги.

·       Производительность этого типа сварки в 10 – 15 раз выше производительности ручной сварки.

·       Коэффициент наплавки 14-16  (при сварке открытой дугой 8-10)

·       Высокое качество сварных соединений (однородность состава наплавленного металла, постоянность провара всего шва)

·       Из-за постепенного остывания шва (и, как следствие, отсутствие каверн, микротрещин и прочих дефектов шва) полученное соединение обладает повышенной пластичностью.

15.Сварочные материалы, маркировка сварочной проволоки (примеры).

            

При маркировке сварочной проволоки сохранен принцип маркировки сталей.

Элемент	Обозначение
Ниобий	Nb	Б
Вольфрам	W	В
Марганец	Mn	Г
Медь	Cu	Д
Кобальт	Co	К
Молибден	Mo	М
Никель	Ni	Н
Бор	B	Р
Кремний	Si	С
Титан	Ti	Т
Ванадий	V	Ф
Хром	Cr	Х
Цирконий	Zr	Ц
Алюминий	Al	Ю

 

 

Цифра после буквы показывает процентное содержание элемента в проволоке. Если после буквы нет цифры, то содержание данного элемента не превышает 1%. Буква А в конце маркировки означает

минимальное содержание в проволоке вредныхпримесей (серы и

фосфора). Индекс Св означает назначение проволоки (сварочная).

Цифра после индекса Св показывает среднее содержание углерода

в проволоке в сотых долях процента.

      Например маркировка проволоки Св – 08ХМ означает, что она предназначена для сварки, содержит 0,08% углерода, менее 1% хрома и молибдена. Маркировка Св – 04Х19Н11М3 означает, что это сварочная проволока для сварки жаропрочных коррозионностойких сталей содержит 0,04% углерода, 19% хрома, 11% никеля и        3% молибдена.

16.Сварочные электроды и требования к ним.

          Плавящийся электрод для ручной сварки представляет собой стержень из сварочной проволоки, на которую нанесено электродное покрытие. Металл электрода и элементы электродного покрытия участвуют в образовании сварного шва.

                                          Электродное покрытие:

·        Обеспечивает устойчивое горение дуги

·        Восстанавливает окислившийся в процессе сварки металл

·        Легирует сварной шов необходимыми элементами

·         Защищает зону сварки от попадания в зону сварки кислорода, азота и водорода из окружающей среды

·        Образует шлаковую корку на поверхности сварного шва

В состав электродного покрытия входят:

·        Стабилизирующие вещества

·        Раскалители и легирующие металлы

·        Газообразующие материалы

·        Шлакообразующие

·        Связующие и цементирующие

Стабилизирующие вещества предназначены для устойчивого горения сварочной дуги. К ним относятся соединения щелочных и щелочноземельных металлов.

Раскалители (ферромарганец, ферросилиций, ферротитан) применяются для восстановленияметалла, окисляющегося в процессе сварки. Кроме того они добавляют легирующие металлы в металл шва.

Газообразующие материалы (мрамор, магнезит, крахмал, оксицеллюлоза, древесная мука) образуют защитный газ, защищающий зону сварки от кислорода, водорода и азота.

Шлакообразующие (полевый шпат, кремнезем, магнезит, мрамор) образуют шлаковый покров на поверхности расплавленного металла. После остывания металла, шлаковую корку необходимо удалить.

Связующие и цементирующие (калиевое стекло, натриевое стекло) связывают все компоненты покрытия.

                 Стальные электроды для дуговой сварки классифицируют по:

По назначению в зависимости от свариваемых материалов.

·        У – для сварки углеродистых сталей

·        Л – легированных и углеродистых сталей

·        Т – легированных теплоустойчивых сталей

·        В – высоколегированных сталей с особыми свойствами

·        Н – для наплавки поверхностных слоёв.

По толщине покрытия.

·        М - тонкие покрытия D/d £ 1.2

·        С – средние покрытия 1,2 < D/d £ 1.45

·        Д – толстые покрытия 1.45 < D/d £ 1.8

·        Г – особо толстые покрытия D/d > 1.8

                 D – диаметр электрода с покрытием; d – диаметр сварочной проволоки.

 По виду покрытия

·        А – с кислым покрытием

·        Б – с основным покрытием

·        Ц – с целлюлозным покрытием

·        Р – с рутиловым покрытием

·        П – с прочими покрытиями.

       Для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик сварного соединения необходимо, чтобы химический состав сварного шва был близок к химическому составу свариваемой стали.

17. Понятие автоматизации сварочного процесса.

Автоматизация сварочного процесса включает в себя автоматическое передвижение сварочной дуги вдоль шва, автоматическую подачу сварочной проволоки, автоматическую подачу флюса на шов.

18.          Формула производительности сварки.

      Под формулой производительности сварки понимают формулу:

                                      G = K_H * I_CB,     [G] ₌ [г/ч];

K_H - коэффициент наплавки, I_CB– сила сварочного тока

 

 

19.          Роли сварочной проволоки и флюса при автоматической сварке под слоем флюса.

При автоматической сварке флюс играет роль электродного покрытия, а проволока – электрода. При автоматической электродуговой сварке дуга возникает между торцом проволоки и свариваемыми деталями

20 . Автоматическая электродуговая сварка применяется при сварке длинных прямых швов. Применение автоматической сварки ограничивается именно тем, что сварочный трактор может перемещаться только по прямым рельсам. Кроме того за сварочным трактором должен перемещаться сварочный трансформатор, что также делает данный тип сварки неудобным для массового применения. Именно поэтому данный тип сварки применяется только на производствах.

21.           Основные типы сварочных шовных соединений.

           Шовная сварка – разновидность контактной сварки, при которой между свариваемыми заготовками образуется прочное и плотное соединение. Электроды выполняются в плоских роликов, между которыми пропускаются свариваемые детали.

                              Основные типы соединений, получаемые шовной сваркой:

22.          Основные схемы наложения сварных швов.

·        Напроход (а), применяется при L £ 250 мм;

·        От центра к краям (б), применяется при 250 £ L £ 500 мм;

·        Обратноступенчатая (в), применяется при L ³ 500 мм.

§ 32. Сварочные свойства дуги

Сварочная дуга характеризуется выделением большого коли­чества тепловой энергии и сильным световым эффектом. Она является концентрированным источником тепла и приме­няется для расплавления основного и присадочного материалов.

В зависимости от того, в какой среде происходит дуговой разряд, различают:

открытую дугу, горящую в воздухе, где соста­вом газовой среды зоны дуги является воздух с примесью паров свариваемого металла, материала электродов и электрод­ных покрытий;

закрытую дугу, горящую под флюсом, где составом газовой среды зоны дуги являются пары основного металла, проволоки и защитного флюса;

дугу, горящую в среде защитных газов — закрытую дугу (в состав газовой среды зоны дуги входят атмосфера защитного газа, пары расплавленного металла проволоки и основного металла). Сварочная дуга классифи­цируется по роду применяемого тока (постоянный, пере­менный, трехфазный) и по длительности горения (стационар­ная, импульсная). При применении постоянного тока различают дугу прямой и обратной полярности. При прямой полярности отрицательный полюс силовой цепи — катод — находится на электроде, а положительный полюс — анод — на основном металле. При обратной полярности плюс на электроде, а минус на изделии.

В зависимости от типа применяемого электрода дуга может возбуждаться между плавящимися (металлическим) и неплавящимся (угольным, вольфрамовым и др.) электродами. По принципу работы дуги бывают прямого, косвенного и комбинированного действия (рис. 31).

Дугой прямого действия называют дуговой разряд, проис­ходящий между электродом и изделием. Косвенная дуга представляет собой дуговой разряд между двумя электродами (атомно-водородная сварка). Комбинированная дуга — это со­четание дуги прямого и косвенного действия. Примером ком­бинированной дуги служит трехфазная дуга, у которой две дуги электрически связывают электроды с изделием, а третья горит между двумя электродами, изолированными друг от друга.

 

Возбуждение дуги производят двумя способами: касанием, либо чирканьем, сущность которых показана на рис. 32.

В сварочной дуге дуговой промежуток разделяется на три основные области: анодную, катодную и столб дуги. В про­цессе горения дуги на электроде и основном металле имеются активные пятна, представляющие собой более нагретые участки электрода и основного металла, через которые проходит весь ток дуги. Активное пятно, находящееся на катоде, называется катодным, а пятно, находящееся на аноде,— анодным.

Общая длина сварочной дуги (рис. 33) равна сумме длин всех трех областей L_д = L_к + L_с + L_а, где L_д — общая длина сварочной дуги, см; L_к— длина катодной области, равная примерно 10^-5 см; L_дс — длина столба дуги, см; L_а — длина анодной области, равная примерно — 10^-3 10^-4 см.

Общее напряжение сварочной дуги слагается из суммы падений напряжений в отдельных областях дуги U_д = U_к + U_с + U_а , где U_д — общее падение напряжения на дуге, В; U_k— падение напряжения в катодной области, В; U_c — падение напряжения в столбе дуги, В; U_a — падение напряжения в анодной области, В.   -

Температура в столбе сварочной дуги колеблется от 5000 до 12000 К и зависит от состава газовой среды дуги, материала, диаметра электрода и плотности тока. Температуру приближенно можно определить по формуле, предложенной академиком АН УССР К. К. Хреновым T_ст = 810 U_действ, где T_ст - температура столба дуги, К; U_действ - действую­щий потенциал ионизации.

Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги. Зависимость напряжения в сварочной дуге от ее длины и ве­личины сварочного тока, называемую вольтамперной характе­ристикой  сварочной дуги, можно описать уравнением   U_д =a + bL_д, где  а — сумма падений напряжения на катоде и аноде (а = U_к+U_а); b — удельное падение напряжения в газовом стол­бе, отнесенное к 1 мм длины дуги (величина b зависит от газового состава столба дуги); L _д — длина дуги, мм.

При малых и сверхвысоких величинах тока 1/_д зависит от величины сварочного тока.

Статическая вольт-амперная характеристика сварочной дуги показана на рис. 34. В области I увеличение тока до 80 А приводит к резкому падению напряжения дуги, которое обусловливается тем, что при маломощных дугах увеличение тока вызывает увеличение площади сечения столба дуги, а также его электропроводности. Форма статической характеристики сварочной дуги на этом участке падающая. Сварочная дуга, имеющая падающую вольт-амперную характеристику, имеет малую устойчивость. В области II (80 - 800 А) напряжение дуги почти не изменяется, что объясняется увеличением сечения столба дуги и активных пятен пропорционально изменению величины сварочного тока, поэтому плотность тока и падение напряжения во всех участках дугового разряда сохраняются постоянными. В этом случае статическая характеристика сварочной дуги жесткая. Такая дуга широко применяется в сварочной технике. При увеличении сварочного тока более 800 А (область III) напряжение дуги снова возрастает. Это объясняется увеличе­нием плотности тока без роста катодного пятна, так. как поверхность электрода уже оказывается недостаточной для размещения катодного пятна с нормальной плотностью тока. Дуга с возрастающей характеристикой широко применяется при сварке под флюсом и в защитных газах.

Процессы, происходящие в момент возбуждения сварочной дуги. При коротком замыкании происходит соприкосновение торца электрода с изделием. Поскольку торец электрода имеет неровную поверхность, контакт происходит не по всей плоскости торца электрода (рис. 35). В точках контакта плотность тока достигает весьма больших величин и под действием выделившегося тепла в этих точках металл мгновенно расплавляется.

 В момент отвода электрода от изделия зона расплавлен­ного металла — жидкий мостик растягивается, сечение уменьша­ется, а температура металла увеличивается. При отводе электрода от изделия жидкий мостик металла разрывается, происходит быстрое испарение («взрыв» металла). В этот момент разрядный промежуток заполняется нагретыми иони­зированными частицами паров металла, электродного покрытия и воздуха — возникает сварочная дуга. Процесс возникновения дуги длится всего доли секунды. Ионизация газов в дуговом промежутке в начальный момент возникает в результате термо­электронной эмиссии с поверхности катода, вследствие наруше­ния структуры в результате резкого перегрева и расплавления металла и электродного покрытия.

Увеличение плотности электронного потока происходит также за счет окислов и образовавшихся поверхностных слоев расплавившихся флюсов или электродных покрытий, снижаю­щих работу выхода электронов. В момент разрыва мостика жидкого металла потенциал резко падает, что способствует образованию автоэлектронной эмиссии. Падение потенциала позволяет увеличивать плотность тока эмиссии, накапливать электронам кинетическую энергию для неупругих столкновений с атомами металла и переводить их в ионизированное состояние, увеличивая тем самым число электронов и, следова­тельно, проводимость дугового промежутка. В результате ток увеличивается, а напряжение падает. Это происходит до определенного предела, а затем начинается устойчивое состоя­ние дугового разряда — горение дуги.

Катодная область. Процессы, протекающие в области катодного падения напряжения, играют важную роль в сварочных процессах. Область катодного, падения напряжения является источником первичных электронов, которые поддержи­вают газы дугового промежутка в возбужденном ионизирован­ном состоянии и переносят на себе в силу большой подвиж­ности основную массу заряда. Отрыв электронов с поверхности катода вызывается в первую очередь термоэлектронной и автоэлектронной эмиссией. Энергия, расходуемая на вырыв электронов с поверхности катода и наплавление металла, в некоторой степени возмещается энергией из столба дуги за счет потока положительно заряженных ионов, отдающих на по­верхности катода свою энергию ионизации. Процессы, происхо­дящие в области катодного падения напряжения, можно представить по следующей схеме.

1. Электроны, излучаясь с поверхности катода,  получают ускорения, необходимые для ионизации молекул и атомов газа. В  некоторых случаях   катодное  падение  напряжения  бывает равно потенциалу ионизации газа. Величина катодного падения напряжения зависит от потенциала ионизации газа и  бывает 10-16 В.

2. Вследствие малой толщины катодной зоны (около 10^-5 см) электроны и ионы в ней движутся без столкновений и она приблизительно равна свободному пробегу электрона. Значения толщины катодной зоны, найденные опытным путем, меньше 10^-4 см.

3.  С увеличением плотности тока температура катодной области повышается.

Столб дуги. В столбе дуги имеются три рода заряженных частиц — электроны, положительные ионы и отрицательные ио­ны, которые перемещаются к противоположному по знаку полюсу.

Столб дуги можно считать нейтральным, так как сумма зарядов отрицательных частиц равна сумме зарядов положи­тельных частиц. Столб дуги характерен образованием заряжен­ных частиц и воссоединением заряженных частиц в нейтральные атомы (рекомбинация). Поток электронов через слой газов разрядного промежутка вызывает в основном упругие соуда­рения с молекулами и атомами газа, вследствие чего созда­ется весьма высокая температура. Возможна также и ионизация в результате неупругих соударений.

Температура столба дуги зависит от состава газов, величины сварочного тока (с увеличением величины тока температура повышается), типа электродных покрытий и полярности. При обратной полярности температура столба дуги выше.

Анодная область. Анодная область имеет большую протяжен­ность и меньший градиент напряжения, чем катодная область. Падение напряжения в анодной области создается в результате извлечения электронов из столба дугового разряда и ускорением при входе их в анод. В анодной области имеется в основном только электронный ток, вследствие малого количества отри­цательно заряженных ионов, имеющих меньшие скорости движе­ния, чем электрон. Электрон, попавший на анодную поверхность, отдает металлу не только запас кинетической энергии, но и энергию работы выхода, поэтому аиод получает энергию от столба дуги не только в виде потока электронов, но и в видетеплового излучения. Вследствие этого температура анода всегда выше и на нем выделяется больше тепла.

Особенности сварочной дуги, питаемой переметным током. При сварке дугой переменного тока (промышленной частоты 50 периодов в секунду) катодное и анодное пятна меняются местами 100 раз в секунду. При изменении полярности образу­ется так называемый «вентильный эффект», заключающийся в частичном выпрямлении тока. Выпрямление тока происходит в результате беспрерывно меняющейся электронной эмиссии, так как при изменении направления тока условия выхода эмиссионных токов с электрода и с изделия не одинаковы.

При одинаковых материалах ток почти не выпрямляется, выпрямление тока в сварочной дуге называется составляющей постоянного тока,которая при аргоно-дуговой сварке алюминия отрицательно действует на процесс. Устойчивость горения сва­рочной дуги, питаемой переменным током, ниже, чем дуги, питаемой постоянным током. Это объясняется тем, что в про­цессе перехода тока через нуль и изменения полярности в начале и конце каждого полупериода дуга угасает. В момент угасания дуги снижается температура дугового промежутка, вызывающая деионизацию газов столба дуги. Одновременно с этим падает и температура активных пятен. Температура особенно падает на том активном пятне, которое расположено на поверхности сварочной ванны, вследствие отвода тепла в изделие. В связи с тепловой инерционностью процесса падение температуры несколько отстает по фазе от перехода тока через нуль. Зажигание дуги из-за пониженной ионизации дугового проме­жутка в начале каждого полупериода возможно только при повы­шенном напряжении между электродом и изделием, называемом пиком зажигания. Если катодное пятно находится на основном металле, то в этом случае величина пика зажигания несколько выше. На величину пика зажигания влияет эффективный потен­циал ионизации: чем больше эффективный потенциал иониза­ции, тем выше должен быть пик зажигания. Если в сварочной дуге находятся легко ионизируемые элементы, пик зажигания снижается и, наоборот, он увеличивается при наличии в атмосфе­ре дуги ионов фтора, которые при соединении с положитель­ными ионами легко образуют нейтральные молекулы.

К основным преимуществам дуги переменного тока следует отнести: относительную простоту и меньшую стоимость обо­рудования, отсутствие магнитного дутья и наличие катодного распыления оксидной пленки при аргонодуговой сварке алю­миния. Катодное распыление — это процесс бомбардировки сварочной ванны положительными ионами в тот момент, когда изделие бывает катодом, за счет чего разрушается окисная пленка.