Специальные виды литья.

Глава VII

Глава VI

Производство отливок из цветных металлов и сплавов.

 

§ 1. Цветные сплавы применяемые для литья.

 

Для производства отливок применяют тяжёлые сплавы на медной основе и легкие на алюминиевой и магниевой основах.

Медные сплавы применяют для отливок, которые должны обладать некоторыми специальными свойствами: износоустойчивостью, стойкостью в атмосфере, кислотах, щелочах, пресной или морской воде при достаточно высоких механических показателях.

Чистая медь имеет плохие литейные свойства, поэтому чаще применя­ют её сплавы: латуни и бронзы.

Латуни – это сплавы меди с цинком. Они бывают простые и специ­альные. В простых латунях до 45% цинка и для отливок они применяются редко. Наиболее широко применяются специальные латуни, которые получаются добавкой к простым латуням Sn, Al, Ni, Mn, Fe, Pb, что придаёт латуням повышенную прочность, твёрдость, обрабатываемость резанием и хорошие литейные свойства.

Кроме латуней, применяются также бронзы. Они разделяются на две группы: оловянистые и специальные или безоловянистые. Т. к. олово является дефицитным и дорогостоящим металлом на практике применяют много марок бронз, в которых олово частично или полностью заменено другими элементами: Zn, Pb, Fe, Ni, Si и др.

Оловянистые бронзы обладают повышенной износоустойчивостью и коррозионной стойкостью, из них изготавливают корпуса насосов, подшип­ники, зубчатые колёса, втулки.

Из безоловянистых бронз наибольшее применение находят алюми­ниевые и кремнистые бронзы.

Алюминиевая бронза по сравнению с оловянистой, имеет большую прочность, сопротивление износу и стойкость против коррозии, достаточно хорошую жидкотекучесть. Однако ей свойственны повышенная усадка (до 3%) и склонность к поглощению газов в жидком состоянии.

Из алюминиевой бронзы отливают детали для химической промышлен­ности, судостроения, ручных насосов.

Кремнистая бронза содержащая до 3% Si обладает хорошими литей­ными свойствами и высокой пластичностью. Добавка Mn повышает коррозионную стойкость, а Pb – антифрикционные свойства.

 

Маркировка медных сплавов.

 

Сплавы обозначают начальной буквой: Л – латунь, Бр – бронза. После чего следуют первые буквы основных элементов, образующих сплав.

О – олово, Ц – цинк, Мц – марганец, Ж – железо, Ф – фосфор, Б – бериллий, Х – хром, С – свинец, А – алюминий, К – кремний, Н – никель. Цифры , следующие после букв, показывают количество легирующих элементов в %.

Простые латуни маркируют: Л60; Л63; Л70; Л80; Л90; Л96, где цифра указывает количество меди, а остальное цинк.

Литейные латуни: ЛК80-3Л – кремний 3%, медь 80%, остальное цинк; ЛАЖМц-66-6-3-2; ЛМцС58-2-2; ЛМцЖ55-3-1.

Оловянистые бронзы: БрОФ6,5-0,4 – 6,5 олова и 0,4 фосфора, остальное медь, БрОЦС6-6-3 – 6% олова, 6% цинка, 3% свинца остальное медь.

Безоловянистые бронзы: БрАЖС-7-1,5-1,5 – 7% алюминия, 1,5% железа, 1,5%свинца остальное медь.

К литейным оловянистыим бронзам относят: БрО10; БрОФ10-1; БрОЦ10-2; БрОСЦ5-5-5; БрОСЦ6-6-3; БрОЖ10-3-1,5.

Кремнистая бронза БрКМц3-1.

 

Чистый алюминий также очень редко применяется для литья, т. к. имеет низкие литейные свойства. На практике чаще используют лёгкие сплавы на основе Al и Mg (силумины). Сплавы Al с Si с содержанием 6…13% Si отличаются высокими литейными свойствами, хорошей жидкотекучестью. Из них отливают тонкостенные изделия очень сложной конфигурации. Усадка силуминов около 1%.

В литейном производстве применяют также сплавы Al с Mg (АЛ8-8, 8% Mg остальное Al) и Al с Cu (АЛ7, АЛ12).

В авиационной промышленности широко применяют сплавы магния. Из этих сплавов делают детали самолётов, радиоаппаратуры. Их литейная усадка 1,2…1,4%.

 

§ 2. Особенности изготовления форм для цветных сплавов.

 

Медные сплавы отличаются значительной усадкой, сравнительно легко окисляются с образованием на поверхности плёнки окислов при высоких температурах, а бронзы имеют большую склонность к ликвации. Поэтому должно быть обеспечено плавное заполнение формы. При литье деталей из медных сплавов, часто в форме располагают большое количество отливок, соединенных питателями с одним стояком. Для алюминиевой бронзы подводят металл в нижнюю часть отливки с учётом сильной окисляемости и увеличенной усадки этого сплава.

Для улучшения питания на отливке устанавливают массивные прибыли и питающие выпоры, подвод металла осуществляют в массивную часть отливки.

Из алюминиевых сплавов получают отливки простой и сложной формы со стенками толщиной от 2,5 мм и выше.

Применяют литниковые системы с сифонным подводом металла, а также через вертикальные щелевидные литники и сверху через коллектор. Внизу стояка обычно устанавливают фильтровальные сетки, которые задерживают шлак и пленки Al₂O₃ . Питатели соединяются с полостью формы. Выпоры устанавливают массивные, чтобы не только способствовали удалению газов, но и служили прибылью для отливки. Суммарный вес выпоров нередко составляет 50% и более веса детали, а вместе с литниковой системой более 100%.

При литье магниевых сплавов металл подводят к отливке одновре­менно в большом количестве мест, что обеспечивает равномерность заполнения формы и охлаждения отливки.

Для предотвращения магниевого сплава от загорания во время заливки форм струю металла опыливают серным порошком. Сера образует пары и сернистый газ, которые предохраняют металл от соприкосновения с воздухом.

 

§ 3. Плавка цветных металлов.

 

В качестве шихтовых материалов для изготовления фасонного литья из цветных сплавов применяют не только чистые металлы, но и вторичные. Cu, Ni, Zn, Al, Mg, Pb поступают в литейные цехи в виде слитков различной формы.

Вторичные металлы представляют собой отходы литейных цехов и др. производств. Во вторичных металлах не допускается наличие вредных примесей – Sb, As, Si а также окислов Fe, Al.

В качестве флюсов используют хлористые и фтористые соли, которые не только ошлаковывают примеси неметаллических включений, но и предохраняют сплав в процессе плавки от насыщения газами и окисления.

Плавильными агрегатами для плавки цветных сплавов являются тигельные и пламенные печи, стационарные и поворотные электрические и газовые тигли, электропечи сопротивления, электрические дуговые и индук­ционные печи.

 

 

§ 1. Классификация специальных видов литья.

 

К прогрессивной технологии литейного производства относятся специальные методы литья:

1. Способы получения точных отливок в разовые формы (формы разрушаются после каждой заливки). Эти методы устраняют или уменьшают механическую обработку отливок. К ним относятся: литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы, литьё в стеклянные формы.

2. Литьё в полупостоянные формы. В таких формах можно получить несколько десятков и даже сотен отливок без разрушения формы. Такие формы изготавливают из шамота, металлокерамики и графита.

3. Литьё в металлические формы. В таких формах можно изготовить несколько тысяч отливок с большой точностью размеров. К литью в металлические формы относят следующие способы: литьё в кокиль, центробежное литьё, литьё под давлением.

 

 

§ 2. Литьё точных отливок в разовые формы.

 

1. Производство точных отливок по выплавляемым моделям.

 

Этим методом можно получать точные фасонные отливки толщиной стенок более 0,3 мм, массой от 1 г до 100 кг почти из всех литейных сплавов.

Готовые отливки имеют очень чистую поверхность, что позволяет резко сократить объём механической обработки отливок.

Сначала по чертежу детали готовят эталон (образец) изделия, который представляет собой копию отливки с необходимыми припусками и допусками. По эталону изготавливают пресс-форму из металла или какого-нибудь другого материала. Конфигурация внутренней полости пресс-формы должна соответствовать конфигурации отливки.

Для изготовления модели применяют легкоплавкие материалы, имеющие низкую температуру плавления и хорошую жидкотекучесть. Чаще применяют парафин и стеарин, смешивающиеся в различных соотношениях (75 – 25%; 60 – 40%; 50- -50%). Иногда к этой смеси добавляют дешёвые канифоль, полистирол и др.

Для изготовления выплавляемых моделей в пресс-форму водят модельную массу при температуре 40…60ºС и давлении 2…5 ат в расплавленном состоянии. Модель затвердевает в пресс-форме и приобретает конфигурацию отливки. Затем пресс-форму разбирают, модель вынимают и охлаждают до комнатной температуры.

Легкоплавкие модели склеивают в виде блока с общей литниковой системой и окрашивают, погружая в облицовочный жидкий состав, состоящий из 30…40% этилсиликата и 70…60% кварцевой муки. Толщина наносимого слоя 1…1,5 мм. Облицованную легкоплавкую модель посыпают кварцевым песком. После этого блок моделей просушивают при комнатной температуре 5…6 ч. Модель выплавляют из оболочки при помощи горячего воздуха при 120…150ºС, паром или горячей водой.

Готовую форму прокаливают при температуре 850…900ºС, остатки легкоплавкого сплава сгорают, поверхность формы становится гладкой и твёрдой. Затем форму заливают металлом, а после охлаждения детали выбивают и очищают от оболочек.

Кроме рассмотренного метода существуют ещё несколько методов:

 

- Литьё по выжигаемым моделям.

 

При этом способе модель не выплавляют из формы, а выжигают. Модель изготавливают из полистирола и заформовывают, не извлекая модель, форму заливают жидким металлом. Модель при соприкосновении с жидким металлом испаряется и металл занимает пространство, где была модель.

- Литьё по растворяемым моделям.

 

В этом случае модель изготавливают из соли (NaNO₃; KNO₃ и др.). После изготовления формы по этой модели, её растворяют и таким способом удаляют из формы.

- Литьё по замороженным моделям.

 

При этом способе модель изготовляют из водных растворов солей или ртути. Жидкий раствор заливают в штамп и замораживают. По замороженной модели изготовляют форму. Модель из формы удаляют нагревом.

 

2. Литьё в оболочковые формы.

 

Является разновидностью литья в разовые песчаные формы. Оболочковые формы изготавливают из формовочной смеси, которая состоит из кварцевого песка и бакелитовой синтетической смолы (6…7%) в виде порошка. Связующие материалы обладают способностью при нагревании до 100 С оплавляться, когда же температура нагрева переходит за 160ºС, они необратимо затвердевают.

На подогретую до 200…250ºС металлическую подмодельную плиту с моделью наносят высокопрочную формовочную смесь. При соприкос­новении смеси с подогретой моделью образуется однородная оболочка, которая с большой точностью воспроизводит контуры нагретой модели. При образовании оболочки толщиной 6…10 мм лишнюю смесь удаляют, а модельную плиту с образовавшейся на ней полутвёрдой оболочкой загружают в печь, где выдерживают при 250…400ºС в течении 3…5 минут. За это время в печи происходит окончательное отвердевание оболочки и образуется полуформа. Твёрдая оболочка снимается с модельной плиты и охлаждается. Таким же образом изготавливают вторую полуформу. Затем полуформы скрепляют зажимом или склеивают на специальных прессах. Затем форму устанавливают в контейнер (как опока), засыпают вокруг песком или тяжёлой дробью и заливают металлом. При таком способе поверхность отливки получается чистой.

 

 

§ 3. Литьё в полупостоянные формы.

 

1. Цементные формы.

На модель накладывают цементную облицовочную смесь (цемент с песком) слоем 25…30 мм. Затем опоку засыпают отработанной цемен­тной смесью. После уплотнения производят твердение полуформы на воздухе. Для устранения пригара цементные формы окрашивают графитной краской.

2. Асбестовые и графито-асбестовые формы.

Форму изготавливают путем заливки модели смесью графита, асбеста или алебастра. После чего форму прессуют в течении 20 минут. После просушивания и прокаливания форму заливают.

3. Шамотные формы.

Шамотную массу слоем 50…60 мм набивают в металлические профильные опоки с моделью. После удаления модели, форму просушивают, прокаливают и заливают металлом.

4. Металлокерамические формы.

На модель наносят облицовочный слой в 10…30 мм, состоящий из чугунной стружки, асбеста, огнеупорной глины и жидкого стекла, а затем наполнительную смесь в которой также содержится большое количество чугунной стружки. Форму прокаливают и окрашивают графитом.

5. Графитовые формы.

Графитовой массой засыпают модель, прессуют и после просушивания формы заливают металл.

 

§ 4. Литьё в металлические формы.

 

Литьё в металлические формы является одним из наиболее прогрес­сивных направлений в литейном производстве. При этом методе производительность труда повышается по сравнению с литьём в песчаные формы в 4…5 раз, съём литья с 1 м² формовочной площади увеличивается в 4…12 раз, брак снижается на 25…35%, литьё получается более точным.

 

Литьё в кокиль.

 

Литьём в кокиль наз. процесс получения фасонных отливок в формах, изготовляемых из чугуна, стали или др. сплавов. Этот метод имеет ряд преимуществ по сравнению с литьём в песчаные формы:

- металлическая форма выдерживает большое количество заливок (от нескольких сот до десятков тысяч);

- полученные отливки имеют высокую точность размеров и лучшую чистоту поверхности, требует меньшего припуска на механическую обработку;

- устраняется необходимость формовочной смеси;

- можно изготовить отливки из стали, чугуна и всех видов цветных сплавов.

Металлические формы обычно делают из чугуна или стали. Для получения стойкости внутренней поверхности формы подогревают до 200…250ºС и покрывают огнеупорной обмазкой, которая наносится с помощью пульверизатора.

Металлическая форма обычно представляет собой коробку, состоящую из 2 половин, взаимно центрируемых.

Жидкий металл заливают в кокиль через воронку, затем он поступает в полость кокиля снизу по литниковым каналам. Для выхода из полости воздуха, а также газов из металла устраивают выпоры.

В массовом и серийном производстве для литья в кокиль применяют специальные литейные машины, в которых механизированы процессы открывания и закрывания форм, выемка отливок, установка и выемка стер­жней, выбивка отливок из формы.

 

Центробежное литьё.

 

При центробежном литье жидкий металл заливают во вращающуюся форму; под действием ценробежных сил металл приближается к стенкам формы и затвердевает.

Форма приводится во вращение на специальных машинах для центробежного литья, которые изготавливают с различной осью вращения: вертикальной, горизонтальной и наклонной.

Детали небольшой длины, напр. бронзовые втулки, отливают на машинах с вертикальной осью вращения. Детали большой длины, напр. чугунные водопроводные трубы, стальные стволы орудий, отливают на машинах с горизонтальной осью вращения.

Скорость вращения форм определяется из условия качества получаемых отливок и устанавливается тем больше, чем меньше диаметр отливки. Чаще скорость колеблется в интервале 250…1500 об/мин.

Преимущества центробежного литья следующие:

- отсутствие литников, выпоров, стержней;

- большая плотность и повышенные механические свойства получаемых отливок;

- возможность получения более тонкостенных отливок;

- высокие технико-экономические показатели.

Недостатки:

- трудность получения качественных отливок из ликвирующих сплавов;

- невозможность получения отверстия точного размера в отливке.

-

Литьё под давлением.

 

Это наиболее производительный и экономичный процесс получения точных фасонных отливок.

Сущность процесса в том, что расплавленный металл заполняет стальную форму под давлением поршня машины.

Обычно под давлением отливают детали из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Такие отливки не нуждаются в механической обработке.

Для их получения применяют поршневые машины. Расплавленный металл находится в стальном тигле, составляющем одно целое с цилиндром. Внутри цилиндра перемещается поршень. При движении поршня вверх металл через открывающееся отверстие поступает в цилиндр, откуда выдавливается через канал в форму.