Лекция №3. Литые заготовки деталей машин

В самом общем виде качество литой заготовки (отливки) можно оценивать точностью размеров и массы, шероховатостью поверхности и показателями служебных свойств, которые в комплексе обеспечивают заданное функ­ционирование литой детали в машине.

Качество отливки формируется как итог производственного осуществления первых четырех этапов технологического процесса литья (рис. 3.1): Ф - изготовление формы (песчаной, керамической, металлической), Р - приготовление расплава (плавка требуемого сплава, раскисление, рафинирование и т. п.), З - заливка расплава в форму (заполнение формы), ЗО - затвердевание расплава и охлаждение твердой отливки в форме. Первый этап определяет в основном формирование поверхности и возникновение погрешностей размеров и массы отливки, остальные три - формирование ее служебных свойств.

Рис. 3.1 - Схема технологического процесса изготовления отливки

Далее на схеме: В - выбивка отливки из формы (форму или разрушают - песчаную, керамическую, или разбирают на части - металлическую), У - удаление (отделение от отливки) литников и прибылей. Эти этапы технологического процесса заметно не влияют на качество отливки.

Этап ФО - так называемая финишная обработка отливки: очистка отливки от пригоревшего песка или керамики, обрубка заливов и заусенцев, вырубка шлаковых или других включений, заварка отливки после вырубки, абразивная или другая зачистка мест обрубки и заварки и другие трудоемкие операции устранения дефектов отливки, возникающих вследствие несовершенства производственного осуществления технологического процесса. Несмотря на это, полная трудоемкость изготовления одной тонны отливок для машиностроения является самой низкой по сравнению с поковками, штамповками и сварными конструкциями.

Общий выход годного в литейном производстве по заготовительному производству самый высокий - 64%, коэффициент использования металла (КИМ) в отливках равен 0,53 и сравним только с КИМ в сварных конструкциях. Однако, технологический выход годного в литейных цехах самый низкий - 69%. Основные статьи излишнего расхода металла - это литники и прибыли. Но литники и прибыли - это также и основные технические средства технологического обеспечения качества отливок.

Литники - система дополнительных каналов, по которым течет расплав во время заполнения формы (на этапе З); после заливки каналы остаются заполненными.

Прибыли - система дополнительных полостей в форме, в которых во время заливки создают запас расплава, необходимый для компенсации объемной усадки сплава, во время его затвердевания (на этапе ЗО).

Размеры и масса литниковой питающей системы, прибылей особенно зависят от конструкции литой детали.

Таким образом, проблема обеспечения качества отливок и повышения технологического выхода годного литья имеет два главных аспекта. Первый состоит в том, чтобы конструктор создавал проекты технологичных литых деталей. Второй - в том, чтобы технолог получал отливки таких деталей с наимень­шим расходом металла на литниковые питающие системы для них.

Основные проблемы литейной технологии

Практическое осуществление литейной технологии в каждом конкретном способе литья - прежде всего решение двух проблем: первая - заливка расплава в форму и вторая - затвердевание расплава в этой форме.

Заливка расплава в форму

Важность первой проблемы очевидна: если форму заполнить расплавом не удается, то все остальное в литейной технологии теряет смысл.

Главное здесь - заполнение полости формы расплавом, т. е. выбор такого способа и такого режима заливки, при которых гарантировано заполнение расплавом полости формы для данной отливки с учетом всех особенностей ее конфигурации. Однако при решении этой проблемы долгое время уделяли основное внимание таким ее сторонам, как улавливание шлака, предохранение поверхности стенок полости формы от разрушения, предупреждение «захвата» воздуха потоком расплава в литниковой системе и т. п.

В процессе развития литейного производства возникли следующие направления решения этой проблемы:

1. Промышленное использование прочных песчано-смоляных смесей для форм и стержней исключили все, что всегда было связано с разрушением поверхности стенок полости формы, образованием засора и механического пригара.

2. При создании способа литья в металлические формы возникла проблема борьбы с разгаром поверхности кокиля и привариванием к ней отливки. Технологи нашли решение - разработали различные огнеупорные краски и обмазки.

3. Совершенствование процесса плавки и повышение технологической культуры рафинирования и дегазации расплава, а также его внепечной обработ­ки исключили остроту вопросов, связанных с попаданием в полость формы первичных шлаков вместе с расплавом.

4. Создание алюминиевых и магниевых сплавов и использование в технике деталей из этих сплавов поставили задачу предотвращения образования вторичных шлаков в процессе заливки расплава этих и им подобных (легкоокисляемых) сплавов в форму. Технологи и здесь нашли решение - разработали специальные конструкции литниковых систем, «успокаивающих» поток расплава перед поступлением его в полость формы.

5. Широкое внедрение сначала машинной, а затем автоматической формовки, привело к необходимости создания и промышленного использования многоместных форм, в том числе для отливок разной конфигурации и массы, заливаемых через один стояк. Появились литниковые системы с наименьшей массой для повышения выхода годного литья в условиях многономенклатурного производства отливок.

6. При заливке расплавов сплавов, не обладающих усадкой при их затвердевании (например, серых чугунов - они, наоборот, «растут»), питатели литниковой системы располагают в районе тонких стенок будущей отливки. При заливке расплавов сплавов, обладающих усадкой во время их затвердевания (классический пример - углеродистые стали), питатели располагают в районе массивных частей будущей отливки, где располагают и прибыли. Такое расположение питателей - правило. Оно определяет место подвода расплава в полость формы.

Можно назвать еще ряд ситуаций, которые привели к пересмотру состава проблемы заливки расплава в форму. Одна только потребность машино­строения и приборостроения в крупных партиях заготовок тонкостенных литых деталей небывало сложной конфигурации очень разных габаритов и высокой точности размеров и массы привела к созданию таких способов литья, которые принято теперь называть специальными. Это литье под давлением, литье в формы, изготовляемые по выплавляемым моделям, литье выжиманием, литье под низким давлением и вакуумным всасыванием, центробежное литье, и т. д. В таких способах литья проблема заливки расплава решена в главной ее части - гарантированное заполнение расплавом полости формы с учетом всех особенностей ее конфигурации.

Затвердевание отливки

Затвердевание расплава в форме является специфической особенностью литейной технологии, отличающей ее от любой другой, применяемой в ма­шиностроении. Для литейщиков она предстает сложной научно-производственной проблемой обеспечения качества отливок.

Затвердевание обусловлено отводом теплоты от расплава в форму, в охла­ждающемся расплаве зарождаются и растут кристаллы.

Этот процесс сопровождается:

1. Диффузионным перераспределением растворимых в сплаве компонентов и присутствующих в нем примесей между образующейся твердой фазой и незатвердевшим расплавом.

2. Фильтрацией расплава между растущими кристаллами вследствие объемной усадки затвердевающего сплава.

3. Деформацией отливки вследствие развития линейной усадки отливки и сопротивления ей со стороны формы и стержней.

От числа кристаллов, их формы и преимущественной ориентировки за­висят предельные служебные свойства отливки. Перераспределение раство­римых компонентов и примесей в сплаве между твердой и жидкой фазами приводит в неоднородности химического состава отливки; в массивных отливках - к появлению ликвационных дефектов. Неполнота фильтрации расплава между растущими кристаллами вызывает образование газоусадочной пористости и усадочной рыхлоты в теле отливки. Все это существенно снижает те свойства отливки, которые определяются ее кристаллическим строением. Избавиться от многих из перечисленных дефектов можно лишь одним путем - устранением дефицита расплава при питании затвердевающей отливки от таких дополнений ее конфигурации, как прибыли, питающие бобышки и т. п. В этой связи для большинства способов литья и конструкций машиностроительных отливок проблемой практического осуществления литейной технологии является проблема получения плотной отливки.

В процессе развития литейного производства, т. е. создания и практиче­ского использования различных способов литья для решения задач разви­вающегося машиностроения, эта проблема не претерпела заметных изменений, как в постановке, так и в своем составе. Прибыли и бобышки оставались - повышалась лишь эффективность их «работы» увеличением давления в прибылях, утяжелением расплава электромагнитными полями, центробежным ускорением, использованием вибраций, ультразвука и тому подобных средств. При помощи таких средств пытались не только повысить плотность отливок, но и уменьшить число и объем прибылей и бобышек и этим увеличить выход годного литья.

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: