Материал: Теория литейных процессов

Теория литейных процессов

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ-УПИ»

Кафедра литейного производства и упрочняющих технологий

Технология литейного производства

Выполнили: Серебряков А.А.

Проверила: Вайс И.А.

Екатеринбург 2009

Содержание:

Введение

.        Основные понятия литейного производства

.        Основные формовочные материалы

.        Связующие материалы

Список литературы

Введение

Литье является одним из старейших способов, которым еще в древности пользовались для производства металлических изделий: в начале из меди и бронзы, а затем из чугуна, а позже из стали и др. сплавов.

Основными процессами литейного производства являются: плавка металла, изготовление форм, заливка металла и охлаждение, выбивка, очистка, обрубка отливок, термическая обработка и контроль качества отливок.

Основной способ изготовления отливок - литье в песчаные формы, в которых получают около 80% отливок. Однако точность и шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяют требованиям современного машиностроения. В связи с этим все более широко применяют специальные способы литья.

Литейное производство позволяет получить заготовки сложной конфигурации с минимальными припусками на обработку резанием и с хорошими механическими свойствами. Технологический процесс изготовления механизирован и автоматизирован, что снижает стоимость литых заготовок. Достижения современной науки во многих случаях позволяют коренным образом изменить технологический процесс, резко увеличить новые высокопроизводительные машины и автоматы и в конечном счете помогает улучшить качество продукции и повысить эффективность производства.

1. Основные понятия литейного производства

Отливка - заготовка или деталь, получаемая заливкой расплавленного металла. После затвердевания отливку извлекают из формы, очищают и обрубают остатки литниковой системы.

Существуют отливки общего, особо ответственного и ответственного назначения.

Отливки общего назначения - отливки для деталей, конфигурация и размеры которых определяются только конструктивными и технологическими соображениями и работающие при нормальной температуре и износе в неагрессивных газовых или жидких средах.

Отливки ответственного назначения - отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих в условиях статических нагрузок, нормальных и повышенных температур, агрессивных газовых и жидких сред, а также умеренного износа.

Отливки особо ответственного назначения - отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических ударных нагрузках в условиях высоких температур, сильно агрессивных газовых и жидких сред, расплавов солей и металлов, а также повышенного износа.

Модель - часть модельной оснастки для образования в литейной форме отпечатка, соответствующего конфигурации и размерам отливки.

Модельная плита - плита, оформляющая размер литейной формы и несущая на себе различные части модели, включая литниковую систему, и служащая для набивки одной из парных опок при неразъемных моделях.

Существуют разъемные и неразъемные модели. Разъемная модель - литейная модель, имеющая разъем, соответствующий разъему литейной формы. Применяют модели с вертикальными, горизонтальными и комбинированными поверхностями разъема. Неразъемная модель - литейная модель, не имеющая разъема или отъемных частей.

Для изготовления отливок применяют большое число различных приспособлений, которые называют литейной оснасткой. Часть оснастки, включающая все приспособления, необходимые для получения в форме отпечатка модели отливки, называют модельным комплектом.

Модельный комплект состоит из моделей отливки и элементов литниковой системы; стержневых ящиков; модельных плит для установки и крепления моделей отливки и литниковой системы; сушильных плит, приспособлений для доводки и контроля форм и стержней. При формовке кроме модельного комплекта используют опоки и различные приспособления - наполнительные рамки, плиты, штыри, скобы, шаблоны и т.д. Поэтому наряду с понятием «модельный комплект» существует понятие «формовочный комплект», т.е. полный комплект оснастки, необходимый для получения разовой формы.

Литейная форма - система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой жидким металлом формируется отливка. Литейные формы классифицируют:

.По количеству заливок - на формы разовые и многократные;

.По содержанию влаги в форме - на сырые, сухие, подсушенные;

.По материалу формы - на песчаные, песчано-цементовые, гипсовые, формы из высокоогнеупорных материалов, металлические и др.;

.По способу изготовления - на оболочковые формы из термореактивных смесей, формы по выплавляемым моделям, пресс-формы для литья под давлением и др.

Залитый форму расплав при охлаждении и затвердевании уменьшается в объеме. Это явление называют усадкой. В местах, где отливка будет обрабатываться резанием, необходимо иметь припуск на обработку, т.е. слой металла, который будет удаляться при обработке. Следовательно, для получения отливки с заданными размерами модель должна иметь размеры большие, чем отливка, на величину усадки, а также припусков на обработку.

Литниковая система - система каналов и элементов литейной формы для подвода расплавленного метала в полость формы, обеспечения ее заполнения и питания отливки при затвердевании. В зависимости от расположения в форме и способа подвода металла различают литниковые системы: горизонтальную, вертикальную, верхнюю, дождевую, сифонную, литниковую систему по разъему, ярусную. Литниковая система состоит из литниковой чаши, стояка с зумпфом, шлакоуловителя, литникового хода, питателя, литникового дросселя, выпора, прибыли, промывника.

Литниковая чаша - элемент литниковой системы для приемки расплавленного металла и подачи его в форму. В некоторых литниковых чашах предусмотрено всплытие шлака и засоров на зеркало металла в чаше или фильтрации жидкого металла. Литниковые чаши бывают:

.        С приемной емкостью и стопором

.        С приемной емкостью и перегородкой

.        Чаши-нарощалки с фильтрацией жидкого металла

.        Чаши-нарощалки с расплавляемой пластиной

.        Для форм с вертикальным разъемом

.        Воронки

.        Воронки с кремнеземистой сеткой

.        Для отливок по выплавляемым моделям

Литниковый дроссель - элемент литниковой системы, представляющий собой местное сужение для регулирования скорости заливки формы расплавленным металлом. По расположению моделей на плитах литниковые дроссели подразделяют на одно- и двухсторонние, крестообразные и в зависимости от расхода металла - на одно-, двух- и трехходовые.

Литниковый ход - элемент литейной системы для подачи расплавленного металла из стояка к питателям, если он не предназначен для улавливания шлака.

Стояк - элемент литниковой системы в виде вертикального или наклонного канала для подачи расплавленного металла из литниковой чаши к другим элементам системы или непосредственно в рабочую полость формы. В отдельных случаях, как, например, при литье по выплавляемым моделям, стояк одновременно является прибылью.

Зумпф - нижняя часть стояка, принимающая на себя динамический удар от заливаемого металла.

Прибыль - элемент литниковой системы для питания отливок в период затвердевания с целью предупреждения образования усадочных раковин. Различают прибыли:

.        По месту расположения - верхние и боковые;

.        По конструкции - открытые и закрытые;

.        По способу заливки - проточные (проливные) и сливные;

.        В зависимости от сил, перемещающих жидкий металл из прибыли в отливку - гравитационные, атмосферные и газовые;

.        В зависимости от тепловых условий в форме - обычные, утепленные и подогреваемые;

.        По способу отделения от отливки - отрезаемые и отбиваемые.

Питатель - элемент литниковой системы для подвода расплавленного металла в полость литейной формы.

Выпор - элемент литниковой системы для вывода газов из формы, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании. Для предупреждения образования усадочных раковин под выпором, установленным на массивных частях отливки, предусматривают отводной выпор.

Промывник - полость в пресс-форме для литья под давлением, в которую попадают первые порции смеси металла с газом и воздухом при запрессовке металла. Второе назначение промывника - выравнивание температурного поля пресс-формы. В этом случае промывник называют промывником-теплоносителем.

Шлакоуловитель - элемент литниковой системы для задержания шлака и засоров и подачи расплавленного металла из стояка к питателям. Шлакоуловители бывают: с прямым каналом; гребенчатые; дроссельные; центробежные; коленчатые; с перегородкой.

Стержень литейный - элемент литейной формы для образования отверстия, полости или иного сложного контура в отливке. Стержни классифицируют в зависимости от сложности:

.        Наиболее сложная конфигурация

.        Сложная

.        Средней сложности

.        Несложные

.        Наиболее простая

Стержневая смесь - многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая требованиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных стержней.

Стержневой ящик - формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Стержневые ящики изготавливают из металла, дерева, пластмассы. По конструкции стержневые ящики бывают вытряхными и разъемными.

Формовочная смесь - многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных форм.

Опока - приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении литейной формы, транспортировании ее при заливке жидким металлом.

Технологические свойства формовочных и стержневых смесей во многом зависят от свойств формовочных песков, применяемых для их приготовления.

Формовочные пески - это осадочные горные породы, образовавшиеся в результате последовательного отложения минеральных веществ, а также выветривания осадков из различных природных растворов.

Формовочные пески добывают в специальных карьерах, например Люберецком, Гусаровском и др. Разработку месторождений песка и глины ведут открытым способом. Если песок содержит примеси или имеет неоднородный зерновой состав, то на карьерах его обогащают-освобождают от посторонних примесей (остатков растений, глины, известняка), а также разделяют на фракции по размерам зерен.

Чаще всего для приготовления формовочных и стержневых смесей применяют кварцевые пески, которые достаточно широко распространены в природе, а поэтому дешевле других и вместе с тем обладают необходимыми свойствами, главное из которых - огнеупорность.

Основной составной частью этих песков является минерал кварц (кремнезем), представляющий собой химическое соединение SiO2 плотностью 2,5 - 2,8 г/см3, температура его плавления 1713 0С. При нагреве кварц переходит в другие кристаллические модификации, что сопровождается изменениями его объема. При 573 0 С а- кварц переходит в в-кварц, объем изменяется + 2,4 %, при 870 0 С в- кварц - в-тридимит, изменение объема 15,1 %; при 1470 0 С в-тридимит - в-кристобалит, изменение объема 4,7 %, при 17430 С в-кристобалит - расплав, изменение объема 0,1 %. Кроме кварца песок может содержать полевые шпаты, слюду, окислы железа, гидраты окислов железа, карбонаты, а также глинистые минералы, эти примеси придают песку различную окраску и ухудшают его свойства, понижая температуру плавления.

В природных условиях в воде вместе с крупными песчинками оседают и мелкие, поэтому в песках находятся зерна размером от нескольких миллиметров до нескольких микрометров. Условились зерна размером менее 22 мкм независимо от их химического состава относить к глинистой составляющей, а зерна более 22 мкм - к песчаной основе. Содержание глинистой составляющей в формовочных песках определяют отмучиванием, т.е. отмыванием, отделение песка от глины. В зависимости от содержания глинистой составляющей формовочные пески делят на кварцевые и глинистые.

В зависимости от содержания глинистых составляющих (ГС) кварцевые пески подразделяют на 11 классов: три класса обогащенных кварцевых песков (Об1К, Об2К, Об3К), содержащих до 1% ГС и не менее 97% SiO2; четыре класса кварцевых (К), содержащих до 2% ГС и не менее 90% SiO2; остальные пески содержат ГС, %: тощие (Т) 2-10; полужирные (П) 10-20; жирные (Ж) 20-30 и очень жирные (ОЖ) 30-50. В зависимости от размера зерен различают восемь групп песков: 063 - грубый; 04 - очень крупный; 0315 - крупный; 02 - средний; 016 - мелкий; 01 - очень мелкий; 0063 - тонкий; 005 - пылевидный. Цифры обозначают номер сита, на котором вместе с двумя смежными ситами остаются зерна основной фракции формовочных песков. По распределению основной фракции песка на трех смежных ситах существует две категории песков: А и Б. К категории А относятся пески с остатками основной фракции на крайнем верхнем сите, большим, чем на крайнем нижнем сите; к категории Б - пески с остатком основной фракции на крайнем нижнем сите, большим, чем на крайнем верхнем. По форме зерен Ф. к. п. подразделяют на три вида - округлые, полуокруглые и остроугольные; по характеру распределения отдельных зерен песка - на пески с сосредоточенной зерновой структурой и пески с рассредоточенной зерновой структурой. Обозначение марки кварцевых песков состоит из обозначения классификации, номера среднего сита основной фракции и категории. Например, природный кварцевый песок с сосредоточенной зерновой структурой кл. 2К, категории А обозначается: 2КО63А;кварцевый песок средней зернистости обозначают 1К02А или 1К02Б; тощие пески обозначают маркой Т0315А и т.д.; полужирные и очень жирные П025, ОЖ01. Марки и показатели качества. кварцевых песков см. в ГОСТ 2138-84.

Классификация и состав песков, % (ГОСТ 2138-74)