Получение изделий литьем металлов

Глава 1

Изготовление заготовок литьем металлов.

1.Сущность процессов литья металлов и задача литейного производства.

Литьем (или литейным производством) называют метод производства, при котором изготовляют фасонные заготовки деталей путем заливки расплавленного металла в заранее приготовленную литейную форму, полость которой имеет конфи-гурацию заготовки детали. После затвердевания и охлаждения металла в форме получают отливку-заготовку детали.

Основной задачей литейного производства является изготовление литейных сплавов отливок, имеющих разнообраз-ную конфигурацию с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам детали (при литье невозможно получить отливку, форма и размеры которой соответствует форме и размерам детали).

Инструментом литейного производства является литейная форма - приспособление образующее рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом и после охлаждения получают отливку.

По степени использования формы делят на :

разовые;

полупостоянные;

постоянные;

Разовые формы служат для изготовления только одной отливки и изготовляют их из кварцевого песка, зерна которо-го соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы - это формы в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготовляют из керамики.

Постоянные формы - формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготовляют обычно из чугуна или стали.

Различные по форме, размерам и точности отливки из различных сплавов невозможно наиболее экономично получить одним и тем же способом. Экономически целесообразно изготовлять отливку с определенными качественными свойствами каким-либо одним или двумя способами. В настоящее время в производстве используют около 15 способов литья, а в про-изводстве приборов применяют следующие способы литья:

1) литье в песчаные формы ("землю");

2) литье в ЖСС (жидкие самоотвердевающие смеси);

3) литье в оболочковые формы;

4) литье в кокиль (металлические защищенные формы);

5) литье по выплавляемым моделям;

6) литье под давлением;

7) центробежное литье;

2. Отливки-заготовки деталей АСУ и ЭВМ.

Отливки в АСУ и ЭВМ широко используются там, где необходимо обеспечить высокие требования к

прочности и жесткости:

-рамки ТЭЗов;

-панелей ТЭЗов;

-кронштейны и угольники рам;

-корпуса различных разъемов в процессоре;

теплопроводности:

-корпуса реверсных электродвигателей НПМ и других электродвигателей;

-радиаторы в ячейках питания для транзисторов, диодов в процессоре и внешних устройствах.

Масса отливок колеблется от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Конфигурация отливок может быть любой, она определяется возможностью изготовления технологической оснастки - формы, литейными свойствами сплавов, способом литья. Выбор способа литья в зависимости от конфигурации отливки ос-новывается чаще всего на экономических соображениях, реже из условия высокой производительности и др.

3. Основные этапы производства отливок.

Последовательность производства отливок рассмотрим на примере литья в песчаные формы. Этот способ изучается в учебных мастерских:

1. Разработка чертежа отливки.

2. Изготовление модели и стержневого ящика.

3. Изготовление формы из заранее приготовленной формовочной смеси.

4. Сборка формы (установка ранее изготовленного из стержневой

смеси стержня и соединение частей формы).

5. Заливка формы ранее расплавленным сплавом или металлом.

6. Охлаждение формы с отливкой.

7. Освобождение отливки от формы.

8. Отрезка литников и прибылей

9. Отжиг отливок.

10. Термообработка.

11. Контроль.

4. Основные свойства литейных сплавов и влияние их на качество

отливок.

К основным свойствам литейных сплавов относят следующие:

1. Жидкотекучесть - это способность сплава в жидком состоянии заполнять литейную форму и воспроизводить ее очертания в отливке. Жидкотекучесть определяют по стандартной пробе в виде канала определенной длины и диаметра с литниковой чашей (рис 1).

Рис.1. Простейшая проба на жидкотекучесть.

Жидкотекучесть определяют по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Чем длиннее пруток, тем больше жидкотекучесть. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь;

среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминие-во-магниевые сплавы;

низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

С повышением температуры сплава жидкотекучесть увеличивается.

2. Кристаллизация - это процесс перехода от жидкого состояния расплава к твердому состоянию с образованием структуры. Кристаллизация сплава происходит в направлении перпендикулярном поверхности теплоотвода. Скорость кри-сталлизации меняется от максимальной у поверхности до минимальной в центре стенки отливки (рис.2).

Рис. 2. Изменение кристаллической структуры по сечению отливки.

1 - литейная “корка”. 2 - столбчатые кристаллы.

3 - крупнозернистые кристаллы. 4 - литейная форма.

Для создания равномерной кристаллической структуры желательно уменьшить толщину отливки. Наилучшие свойства имеют сплавы при мелкокристаллической (мелкозернистой) структуре. Изменением скорости охлаждения невозможно дос-тигнуть равномерной структуры. С целью получения мелкозернистой структуры в сплавы вводят особые добавки - модифи-каторы для силумина АЛ -2 - натрий, для серого чугуна - магний.

Процесс кристаллизации и кристаллическое строение отливки зависят от ее формы, температуры заливки сплава, от марки сплава, от вида литейной формы. На рис.2 показана качественная картина влияния этих параметров на кристалличе-ское строение отливки.

3. Усадка - свойство металлов и сплавов уменьшать свои размеры и объем при затвердевании и охлаждении. При за-твердевании отливки выделяются также ранее растворенные расплавом газы. Усадка может способствовать образованию уса-дочных раковин, а выделяющиеся при охлаждении отливки газы способствуют образованию газовых раковин. Различают линейную и объемную усадку.

Линейная усадка изменяет линейные размеры отливки по сравнению с соответствующими размерами формы и при неблагоприятной конструкции заготовки образует трещины и коробление из-за торможения усадки в отдельных местах.

Объемная усадка приводит к образованию усадочных раковин (рис.3)

Рис. 3. Схема образования усадочной раковины (а - г) и схема вывода усадочной раковины в прибыль (д).

На рис.3 представлена схема образования концентрированной усадочной раковины. Часто имеют место случаи обра-зования рассеянных раковин. При затвердевании в полости формы есть три фазы сплава:

1) жидкая,

2) твердая,

3) жидкая и твердая или двухфазная зона.

При затвердевании в двухфазной зоне могут возникнуть рассеянные поры. Увеличение толщины твердого слоя проис-ходит до тех пор пока в двухфазной зоне не возникает сплошной скелет из кристаллов. Теперь жидкий металл, питающий за-твердевающую зону встречает значительное сопротивление своему продвижению, которое увеличивается по мере уменьше-ния ячеек указанного скелета. И при прекращении питания каких-либо ячеек при дальнейшем охлаждении в них возникает усадочная межкристаллическая раковина. Раковины там меньше, чем позже прекратилась связь жидкого раствора с питаемой ячейкой.

В этом случае возникает рассеянная микропористость. Эти поры нарушают сплошность металла и могут при значи-тельных механических нагрузках являться концентраторами напряжений (как надрезы) и тем самым ухудшать механические свойства деталей.

Для уменьшения влияния на качество отливки усадочных концентрированных раковин применяют два способа:

а) одновременное затвердевание,

б) направленное затвердевание.

Одновременное затвердевание - это одновременная и равномерная кристаллизация расплава во всех частях отливки, что обеспечивается определенными условиями. Приближенно эти условия можно считать выполненными, если толщина от-ливки во всех ее точках неизменна или изменяется равномерно. Наилучшим образом соблюдаются эти условия при возможно меньшей толщине стенки.

При направленном затвердевании кристаллизация отливки происходит последовательно в направлении противопо-ложном вектору отвода тепла и источнику питания жидким сплавом. При направленном затвердевании отливка получается наиболее плотной, без концентрированных раковин, которые выводятся в прибыль.

Направленное затвердевание можно осуществить несколькими путями:

а) охлаждением нижней части формы или нагревом прибыли;

б) конструкцией отливки, имеющей с постепенно увеличивающейся толщиной в направлении к прибы-ли;