Формообразование деталей методами литья

v   Сущность процесса заключается в изготовлении отливок свободной заливкой расплавленного металла в песчаную форму. После затвердевания и охлаждения отливки осуществляется ее выбивка с одновременным разрушением формы. Способ ЛПФ наиболее распространенный. Им изготовляют 80% отливок, т.к. этот способ простой и дешевый. Однако литье в песчаные формы имеет крупный недостаток, отливки не имеют точных механических размеров, нужно давать припуск на механическую обработку и усадку.

v  Материалы и оснастка.

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

Ø  Типовые составы формовочных и стержневых смесей.

-   Формовочная смесь – кварцевый песок, 3 – 5% огнеупорная глина, каменноугольная пыль (для повышенной податливости формы), древесные опилки для образования пористости.

-   Стержневая смесь – более прочная на порядок формовочной смеси, т.к. в нее добавляют упрочнители (олифа).

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

Ø  Опоки.

v  Основные технологические операции.

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

Ø  Изготовление стержней.

Ø  Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.

Ø  Заливка форм расплавленным металлом.

Ø  Затвердевание и охлаждение отливок.

Ø  выбивка отливок из форм и стержней из отливок.

Ø  Отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.

Ø  Контроль качества отливок.

v  Возможные дефекты отливок, причины и меры по их устранению.

Ø  Недоливы и спаи. Образуются от не слившихся потоков металла, затвердевающих до заполнения формы. Возможные причины: холодный металл, питатели малого сечения.

Ø  Усадочные раковины – закрытые внутренние полости в отливках с рваной поверхностью. Возникают вследствие усадки сплавов, недостаточного питания. Устраняют с помощью прибылей.

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

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

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

Ø  Песчаные раковины – полости в теле отливки, заполненные формовочной смесью. Возникают при недостаточной прочности формовочной смеси.

Ø  Газовые раковины – полости отливки округлой формы с гладкой окисленной поверхностью. Возникают при высокой влажности и низкой газопроницаемости формы.

Ø  Перекос. Возникает из-за неправильной центровки.

v  Область применения.

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

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

v  Преимущества.

Ø  Конфигурация 1…6 групп сложности.

Ø  Возможность механизировать производство.

Ø  Дешевизна изготовления отливок.

Ø  Возможность изготовления отливок большой массы.

Ø  Отливки изготовляют из всех литейных сплавов, кроме тугоплавких.

v  Недостатки.

Ø  Плохие санитарные условия.

Ø  большая шероховатость поверхности.

Ø  Толщина стенок > 3мм.

Ø  Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

Литье в кокиль

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

v  Виды.

Ø  Вытряхные(не разъемные) – отливки простой конфигурации.

Ø  С вертикальным разъемом – отливки не сложной конфигурации с небольшими выступами и впадинами на наружной поверхности.

Ø  С горизонтальным разъемом – изготовление крупных простых по конфигурации отливок.

v  Материалы и оснастка.

Ø  Форма отливки – кокиль.

Ø  Расплавленный металл.

Ø  Теплоизоляционное покрытие.

v  Последовательность изготовления отливок.

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

Ø  Сборка кокиля: установка стержней, соединение частей кокиля.

Ø  Заливка расплавленного металла в кокиль.

Ø  Затвердевание и охлаждение отливки.

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

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

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

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

v  Преимущества.

Ø  Повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø  Снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø  Снижение припусков на механическую обработку на 10-20%.

Ø  Лучше санитарно-гигиенические условия.

Ø  Мелкозернистая структура отливок( > прочность).

v  Недостатки.

Ø  Сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов).

Ø  Неподатливость кокиля и металлических стержней.

Ø  Затруднен вывод газов из полости формы.

Ø  Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления

Ø  Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса.

Ø  Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

Ø  Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

Литье в оболочковые формы

v  Сущность процесса заключается в применении тонкостенных разъемных разовые формы, изготовленных из формовочной смеси. Формовочные смеси изготавливают из мелкозернистого кварцевого песка, перемешанного с термореактивной смолой. Модельную плиту нагревают до температуры 200-250 градусов. На ее поверхность наносят разделительную смазку. Формовочную смесь наносят на на модельную плиту и выдерживают 10-30 секунд; от теплоты модельной плиты термореактивная смола переходит в жидкое состояние, склеивая песчинки с образованием песчано-смоляной оболочковой формы (толщиной 5-10 мм) в зависимости от времени выдержки. При этом  смола твердеет. Готовые оболочковые формы снимают с металлической модели и, если они разъемные, то их склеивают. В собранные оболочковые формы заливают металл. Литьем в оболочковые формы получают ребристые цилиндры, коленчатые валы и т.д. Способ применяют для стальных, и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве. Формовочная смесь состоит из мелкозернистого песка (размер зерна 0,25...0,06мм) и термореактивной смолы - пульвербакелита. Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности R_z =80...40 мкм, и точность - 12...14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

v  Преимущества способа.

Ø  Расход формовочной смеси в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчаные формы.

Ø  Припуски составляют 0.5-1.5 мм.

v  Виды.

Ø  Бункерный.

Ø  Прессования через резиновую диафрагму.

Ø  Пескодувный.

v  Технология изготовления оболочковой формы  начинается с нанесения пульверизатором на металлическую модельную плиту разделительного состава, облегчающего снятие оболочки. Затем модельную плиту нагревают в электрической печи до температуры 200...220 °С, устанавливают над бункером и закрепляют моделью вниз. Бункер переворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную

Схема изготовления оболочковых форм:

Модельная плита с оболочковой полуформой и собранная форма:

плиту при выдержке в течение 20...30 с смола плавится и, обволакивая тонкой пленкой мелкие зерна песка, образует оболочку толщиной б...8 мм. Бункер возвращают в исходное положение, и непрореагировавшая формовочная смесь падает на его дно. Снятую с бункера модельную плиту с непрочной оболочкой отправляют в электрическую печь с температурой около 350 °С. Здесь смола в течение 90...180 с полимеризуется и необратимо твердеет, образуя прочную оболочковую полуформу. По такой же технологии изготавливают другую полуформу.

Для снятия готовой оболочковой полуформы модельная плита 1 с закрепленной полумоделью 3 снабжена толкателями 4, находящимися на уровне плиты, и толкателями 2, которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельной плите (здесь не показано) толкатели расположены на несколько миллиметров ниже плоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе против углублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положение полуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту 6 толкатели снимают полуформу 5 с модельной плиты. В одной из полуформ на стержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляют их скобами, струбцинами или  склеивают по плоскости разъема. Собранную оболочковую форму 7 помещают в. металлический ящик 8, засыпают крупным песком или чугунной дробью 9 и заливают металлом. К моменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке.

Шликерное литье в гипсовой форме

Шликерное литье представляет собой формообразование находящегося в жидкой фазе парафиново-воскового шликера на основе керамического порошка. Формообразование заготовок производится в пресс-формах. Рассмотрим два примера пресс-форм для шликерного литья.

Конструкция пресс-формы для литья трубчатых заготовок, в том числе пьезокерамических элементов (ПЭ) (рис. 5) должна обеспечивать наряду с точным формообразованием также возможность удаления отливки из полости пресс-формы. Поэтому матрица пресс-формы изготавливается сборной, состоящей из двух полуматриц 4 с вертикальной плоскостью разъема. Полуматрицы замыкаются двумя кольцами 1 с базирующими буртиками. На нижнем кольце выполнено литниковое отверстие, взаимодействующее с питающей трубкой литьевой машины, а на верхнем кольце имеется точное отверстие – вспомогательная база для установки стержня 3, оформляющего отверстие трубчатого ПЭ. Для упрощения сборки и разборки пресс-формы между стержнем и верхним кольцом устанавливается накидная шайба 2.

Шликерное литье сферических ПЭ производится с использованием пресс-формы многоместной конструкции (рис. 6), имеющей горизонтальную плоскость разъема. Полости под отливки образованы сочетанием поверхностей точных углублений в матрице 1 и стержней 2.

Оборудованием для реализации операции шликерного литья является литьевая машина (рис. 7).

Каркас 1 литьевой машины изготовлен из уголковой стали и обшит стальным листом толщиной 1,5 мм. К каркасу крепится стальная плита 9, на которой осуществляется монтаж основных сборочных единиц: шликерного бака 2, механизма прижима пресс-формы 6, ограждение 7, электромагнитного клапана 4, контактного термометра 3, механической мешалки 5 с электродвигателем, блока электрического управления (на рис. 7 он не показан).

Шликерный бак состоит из собственно бака загрузки шликера, питателя 12, кожуха и крышки со встроенной в неё мешалкой. В крышке бака имеется отверстие под питатель. Для дополнительного подогрева шликера на выходе трубчатого питателя установлен дополнительный нагреватель 11 из нихромовой проволоки.

Шликерный бак устанавливается в прорези плиты крышки и уплотняется с помощью вакуумной резины тремя эксцентриковыми зажимами. Для обеспечения равномерного подогрева шликера пространство между шликерным баком и кожухом заполняется жидкостью (глицерином), которая подогревается установленным под шликерным баком трубчатым нагревателем 13 мощностью 2кВт.

Механизм прижима пресс-формы состоит из двух вертикальных стоек, на которых установлена подъемная плита 8 прижима. Ограждение, представляющее собой щиток из оргстекла, служит для предохранения оператора от ожогов горячей массой в случае её разбрызгивания.

Блок электрического управления смонтирован на шасси и служит для регулирования подачи сжатого воздуха через электромагнитный клапан, для поддержания определенной температуры шликера с помощью системы автоматического регулирования, датчиком которой является контактный термометр, а также для питания электродвигателя и электронагревателя.

Для вакуумирования шликерный бак с расплавленным шликером соединяется с вакуумным насосом. В течение 1,5...2 ч из бака откачивают воздух, одновременно работает механическая мешалка. По окончании вакуумирования вакуумный шланг перекрывают, а рабочий цикл начинается с того, что открывают доступ сжатого воздуха через электромагнитный клапан в шликерный бак и в полость мембранной пневмокамеры механизма прижима пресс-формы. Сжатый воздух, поступающий в полость шликерного бака, выдавливает разогретый жидкий шликер из бака через питатель в пресс-форму 10. При выключении электромагнитного клапана прекращается доступ воздуха из сети в клапан, а давление воздуха в шликерном баке и пневмокамере механизма прижима пресс-формы падает, поскольку воздух из шликерного бака уходит в атмосферу. Этим заканчивается рабочий цикл.

Центробежное литье

Центробежное литьё, способ литья в быстро вращающуюся металлическую форму. Расплавленный металл под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвердевает, образуя пустотелую отливку (трубку, втулку, кольцо) без стержня. Различают центробежное литье с разными осями вращения; заливаемые формы - песчаные, металлические, по выплавляемым моделям, оболочковые.

Внешняя поверхность отливки оформляется формой под действием центробежной силы при V=3-8 м/с. Под действием центробежной силы происходит направленное затвердевание металла и вытеснение газовой и усадочной пористости. Качество деталей может сильно пострадать из-за образования усадочных раковин. Отлитый в форму металл начинает затвердевать с наружных слоев, и некоторое время поверхность отливки представляет собой как бы твердую корку, под которой имеется жидкий металл. Она (корка) отделяется от еще расплавленного металла, находящегося в глубине кюветы который, уменьшаясь в объеме, не заполняет целиком всего пространства формы.

Литье намораживанием

v   Сущность процесса заключатся в том, что жидкий металл из разливочного ковша через металлопровод 1 и соединительный стакан 2 подают в водоохлаждаемый кристаллизатор 3. Образовавшуюся трубную отливку 5 циклически извлекают вверх при помощи подвижной части кристаллизатора 4. Отличительной особенностью этой схемы является сифонный подвод металла к кристаллизатору, отсутствие стержня и извлечение отливок вверх.

v  Область применения

Ø   Получение сплошных и полых цилиндрических заготовок из серого чугуна, чугуна с шаровидным графитом и белого высокохромистого.

Литье под низким давлением