Литейное производство. 4

Содержание.

Введение……………………………………………………………………..…….3

Литье под давлением……………………………………………………..……….5

Отличительные особенности литья под давлением…………………………….5

Машины  с горизонтальной холодной камерой  прессования……………..……6

Машины  с горячей камерой прессования………………………………….……7

Литье под низким давлением…………………………………………………….9

Литье вакуумным всасыванием……………………………………………...…12

Заключение………………………………………………………….……………14

Список  используемой литературы……………………………………….……..15 

     Введение 

     Литейное  производство – отрасль машиностроения, технологическими процессами которой  получают литые заготовки (отливки) для деталей машин: станины прокатных  станков, станины металлорежущих станков, корпуса гидротурбин и другие отливки массой в десятки и  сотни тонн и маленькие детали массой в несколько граммов для  радиоэлектронной промышленности,  часовой промышленности и других отраслей. Характерной особенностью литейного производства является универсальность  – возможность получения самых  разнообразных по массе, конфигурации, механическим и эксплуатационным свойствам  фасонных заготовок из чугуна, стали  и сплавов цветных металлов.

     Литейное  производство – один из распространенных методов формообразования заготовок. По сравнению с другими методами получения заготовок литье позволяет  получить отливки практически не ограниченных габаритных размеров и  массы из всех сплавов, в том числе  из сплавов, не поддающихся пластической деформации и труднообрабатываемых резаньем.

     Сущность  литейного производства заключается в приготовлении расплавленного метала необходимого качества и заливке его в специальную литейную форму. Литейная форма – это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. В процессе кристаллизации формируются механические и эксплуатационные свойства литых заготовок, определяемые макро- и микро- структурами сплава, его плотностью, наличием и расположение в нем неметаллических включений, развитием в отливке внутренних напряжений , вызываемых неоднородным охлаждением его частей.

     Теория  и практика технологии литейного  производства на современном этапе  позволяют получать изделия с  высокими эксплуатационными  свойствами. Свидетельством тому является надежная работа отливок в реактивных двигателях, атомных энергетических установках и других машинах ответственного назначения. Литые заготовки используются не только в различных отраслях машиностроения и приборостроения, но и при изготовлении различных строительных конструкций доменных печей и других металлургических агрегатов, морских и речных судов, деталей бытового оборудования и сантехники, художественных и ювелирных изделий. Продукция литейного производства распределяется между основными отраслями укрупнено следующим образом: машиностроение – 60%, строительство – 20%, металлургия – 15%, остальное – 5%. Современное состояние литейного производства определяется совершенствованием традиционных и появлением новых способов литья, непрерывно повышающимся уровнем механизации и автоматизации технологических процессов, специализацией и централизацией производства.

     Важнейшим направлением повышения эффективности  производства являются улучшение качества, надежности, точности и шероховатости  поверхностного слоя отливок с максимальным их приближением к форме готовых  деталей, устранение вредного воздействия на окружающую среду и улучшение условий труда.

     Для изготовления отливок применяют  множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и прочее. Область  применения того или иного способа  литья определяется объемом производства, требованиями к  геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами. 
 
 
 
 
 

     Литье под давлением.

     Сущность  литья под давлением (рис. 1) заключается в изготовлении отливок в металлических формах (пресс-формах) заполнением расплавом под действием внешних сил гравитации, а затвердевание отливки протекает под избыточным давлением. После затвердевания отливку извлекают из пресс-формы.

     Отличительные особенности литья  под давлением.

     Значительное  давление на расплав обеспечивает высокую  скорость движения потока расплава в  пресс-форме (до 120 м/с). Форма заполняется за десятые и сотые доли секунды, что позволяет получать отливки с толщенной стенки менее 1 мм.

     Высокая скорость впуска расплава в полость  пресс-формы не позволяет воздуху  и продуктам разложения смазочного материала полностью удалиться  из полости пресс-формы. Они попадают в расплав, что приводит к образованию  воздушной пористости и снижению плотности и герметичности отливок  и пластических свойств сплава.

     Высокая кинетическая энергия движущегося  расплава и статическое давление на него в момент окончания заполнения полости пресс-формы способствуют получению поверхностного слоя отливки с весьма малой шероховатостью.

     Высокая интенсивность теплового взаимодействия между расплавом, отливкой и пресс-формой способствует изменению структуры  в поверхностных слоях отливки, повышению ее прочности.

     Давление , прикладываемое к расплаву при заполнении полости пресс-формы, позволяет регулировать продолжительность заполнения и изменять количество теплоты, отводимой от расплава за время ее заполнения.

     Для изготовления оливок литьем под давлением  применяют специальные машины литья  под давлением с холодной (горизонтальной или вертикальной) и горячей камерами прессования. 

     Машины  с горизонтальной холодной камерой  прессования

     На  машинах с горизонтальной холодной камерой прессования (рис. 1) порцию расплавленного метала заливают в камеру прессования (4) (рис. 1,а), которую плунжером (5) под давлением от 40 до 100 МПа подают в полость пресс-формы (рис. 1, б), состоящей из неподвижной (3) и подвижной (1) полуформ. Внутреннюю полость в отливке получают стержнем (2). После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 1, в), стержень (2) и отливка (7) выталкивателями (6) удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс- форму нагревают до температуры 120-320 °С.  
 

             а)                                     б)                              в)

     Рис. 1. Схема процесса изготовления отливок  на машинах литья под давлением  с горизонтальной холодной камерой  прессования. 

     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 полости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного метала. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг. 
 

     Машины  с горячей камерой  прессования.

     На  машинах с горячей камерой  прессования (рис. 2) камера прессования (2) расположена в обогреваемом тигле (1) с расплавленным металлом. При  верхнем положении плунжера (3) расплавленный метал через отверстие (4) заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10 – 30 МПа заполняет полость пресс-формы (5). После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного метала из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс-формы удаляется выталкивателями (6).  

     Рис. 2. Схема процесса изготовления отливок  на машинах с горячей камерой  прессования. 

     Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых и магниевых  сплавов массой от нескольких граммов  до 25 кг.

     При литье под давлением температуру  заливки сплава выбирают на    10 – 20 °С выше температуры ликвидуса.

     Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах  отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой точностью  размеров и минимальной шероховатостью поверхности за счет точной обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; без механической обработки или с минимальными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отливок; с высокой производительностью процесса.

     Недостатки  литья под давлением – высокая  стоимость пресс-форм и оборудования; размеры и масса отливок ограничены мощностью машины; наличие воздушной  пористости в массивных частях отливок, снижающей прочность деталей.

     В настоящее время работают автоматизированные установки литья под давлением. В которых автоматически производятся смазывание пресс-форм, регулирование их теплового режима, подача расплавленного метала в камеру прессования, извлечение отливки и транспортирование ее к обрезному прессу для удаления литников.

     Совершенствование этого способа литья направлено на предупреждение образования газовой  и усадочной пористости. Известны следующие направления: вакуумирование полости пресс-формы; заполнение полости формы кислородом при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Литье под низким давлением.

     Суть  процесса (рис. 3) состоит в заполнении полости литейной формы расплавом с последующим затвердеванием отливки при воздействии избыточного давления воздуха или газа. Термин «низкое давление» подразумевает обычно избыточное давление менее 0,1 МПа.

     Способ  позволяет получать тонкостенные (до 1,5 – 2 мм) отливки сложной конфигурации, плотные, без усадочной и газовой  пористости и раковин из алюминиевых, магниевых, медных сплавов и стали. 

Рис. 3. Схема технологического процесса литья  под низким давлением. 

     Тигель  с расплавов (8) герметически закрывают  крышкой (4), в которой установлен металлопровод (7) из жаростойкого материала. Литейную форму (2) со стержнем (1), установленную на крышке, соединяют с металлопроводом литниковой втулки (3).

     Воздух  или инертный газ под небольшим  давлением поступает по трубопроводу (6) внутрь камеры установки и завит  на зеркало расплава. В следствии этого расплав поступает в форму снизу через металопровод (7), литник (9) со скоростью, регулируемой давлением в камере установки.

     По  окончании заполнения формы и  затвердевания отливки, автоматически  открывается клапан (5), соединяющий  камеру установки с атмосферой. Давление воздуха в камере падает и незатвердевший расплав из металлопровода сливается в тигель. После этого форма раскрывается, отливка (10) извлекается и цикл повторяется.После этого форма раскрывается, отливка (10) извлекается и цикл повторяется.

     При литье под низким давлением отливку  можно изготовлять к кокиле, песчаной или комбинированной форме (кокиль и песчаные или оболочковые стержни), а также в керамической или оболочковой форме. Песчаные и керамические формы применяют редко, чаще применяют кокили или кокили с песчаными и оболочковыми стержнями, так как процесс сборки кокиля легче автоматизировать.

     Развитием способа под низким давлением  является литье с противодавлением (рис. 4).

     Рис. 4. Схема установки для литья  с противодавлением. 

     Установка для литья с противодавлением состоит из двух камер (а) и (б). в камере  (а) располагается тигель (7) с расплавом (6). Воздух в камеры (а) и (б) попадает через вентиляции (9,8 и 10). В камере (6) находится форма (3), обычно металлическая. Камеры разделены крышкой (4), через нее проходит металлопровод (2), соединяющий тигель (7) и форму (3). Жесткая фиксация камер осуществляется прихватами (5).

     В начальный момент сжатый воздух или  инертный газ при требуемом по технологии давлении поступает в  камеры (а и б).

     По  достижении заданного давления вентиль (10) закрывается, а вентиль (1) открывается. В результате давление в камере (6) понижается и под воздействием разности давлений в камерах (а иб) расплав поднимается по металлопроводу и заполняет форму.

     После заполнения формы расплав затвердевает под избыточным всесторонним давлением, что значительно улучшает питание  отливки, уменьшает усадочную и  газовую пористость, повышает ее механические свойства.

     Основными преимуществами процесса являются: автоматизация трудоемкой заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава и полости формы изменением давления в камере установки; улучшение питания отливки, что повышает ее плотность благодаря избыточному давлению на расплав при его кристаллизации; снижение расхода металла на литниковую систему, что повышает коэффициент выхода готового (во многих случаях до 90%).

     Способ  имеет недостатки: невысокая стойкость  части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет использование способа для сплавов с высокой температурой плавления; сложность эксплуатации и наладки установок.

     Литье под низким давлением широко применяется  для изготовления сложных фасонных и особенно тонкостенных отливок  из алюминиевых и магниевых сплавов, простых отливок из медных сплавов  и стали в серийном и массовом производстве. Способ литья с противодавлением дает наибольший эффект при изготовлении отливок с массивными стенками равномерной толщены из алюминиевых и магниевых сплавов, кристаллизующихся в широком интервале температур.

     Литье вакуумным всасыванием.

     Суть  процесса (рис. 5) заключается в том, что под действием разряжения, создаваемого в полости формы, расплав заполняет форму и затвердевает, образуя отливку. Вакуумирование полости при заливке позволяет получить тонкостенные отливки с толщиной стенки 1 – 1,5 мм, повысить механические свойства отливки. Наиболее часто способ используется для литья заготовок втулок, вкладышей, подшипников скольжения из дефицитных и дорогостоящих сплавов в серийном и массовом производстве. 

     Рис. 5. Схема литья вакуумным всасыванием. 

     При литье вакуумным всасыванием (рис. 5) водоохлаждаемая литейная форма (3) заполняется расплавленным металлом из раздаточной печи (1) за счет разрежения, создаваемого в ней вакуумным насосом. Литейная форма (3) при заполнении ее металлом опирается на керамический поплавок (2). Во время непродолжительной выдержки формируется отливка (4). Затем полость формы соединяется с атмосферой, и незатвердевший металл сливается в раздаточную печь.

     Основные  преимущества данного способа: спокойное  заполнение формы расплавом с  регулируемой скоростью позволяет  устранить дефекты в отливках, связанные с заполнением формы; сокращение расхода метала в следствие устранения литников и прибылей; автоматизация процесса заполнения формы позволяет осуществить комплексную автоматизацию процесса получения отливок.

     Однако  для получения фасонных отливок  требуется довольно сложное оборудование. При изготовлении плотных отливок  без усадочных дефектов необходимо согласовывать интенсивность  затвердевания  и питания отливки. 
 

     Заключение. 

     Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения  количества отливок и эффективности  литья под давлением является создание автоматизированных комплексов, гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств.

     Программами технического перевооружения предусматривается  интенсивное обновление парка оборудования, применение ЭВМ для управления процессами и производством, ужесточение требований техники безопасности, улучшение  условий труда, повышение внимания к охране окружающей среды.

     Список  используемой литературы. 

1. Технология  конструкционных материалов: 5-е  издание под общ. ред. А.М. Дальского: Москва «Машиностроение», 2003
2. А.Г. Схитладзе Технологические процессы в машиностроении: Москва «Высшая школа», 2007
3. А.М. Дальский Технология конструкционных материалов. – М.; Машиностроение, 2002