3. Изготовление отливок в песчаные формы.
Литье в песчаные формы является самым распространенным способом изготовления отливок. Изготавливают отливки из чугуна, стали, цветных металлов от нескольких грамм до сотен тонн.
Сущность литья в песчаные формы заключается в получении отливок из расплавленного металла, затвердевшего в формах, которые изготовлены из формовочных смесей путем уплотнения с использованием модельного комплекта. Литейная форма для получения отливок представлена на рис.
Лит. форма обычно состоит из 1 и нижней 2 полуформ, которые изготавливаются в опоках 7, 8 – приспособлениях для удержания формовочной смеси. Полуформы ориентируют с помощью штырей 10, которые вставляют в отверстия ручек опок 11. Для образования полостей отверстий в формы устанавливают литейные стержни 3.
Литниковая система – совокупность каналов и элементов литейной формы, по которым расплав поступает из разливочного ковша в полость формы и заполняет ее и с помощью которых обеспечивается питание отливки при затвердевании.
Основными элементами литн. системы являются: литниковая чаша 5, которая служит для приема расплавленного металла и подачи его в форму; стояк 6 – вертикальный или наклонный канал для подачи металла из литниковой чаши в рабочую полость или к другим элементам; шлакоуловитель 12, с помощью которого удерживается шлак и другие неметаллические примеси; питатель 13 – один или несколько, через которые расплавленный металл подводится в полость литейной формы. Для вывода газов, контроля заполнения формы расплавленным металлом и питания отливки при ее затвердевании служит выпор 4. Для вывода газов предназначены и вентиляционные каналы 9.
.Основные технологические операции.
1)Изготовление полуформ по модельным плитам.
2)Изготовление стержней.
3)Сборка формы с простановкой стержней и подготовка ее к заливке.
4)Заливка форм расплавленным металлом.
5)Затвердевание и охлаждение отливок.
6)выбивка отливок из форм и стержней из отливок.
7)отделение литниковой системы от отливок, их очистка и зачистка.
8)контроль качества отливок.
5. Изготовление отливок литьем в кокиль.
Сущность способа заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы-кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок. Кокили изготавливают из чугуна, стали и алюминиевых сплавов.
Метал формы бывают разъемные и неразъемные.
Технология литья: 1)нанесение облицовки на рабочую часть кокиля; 2)нагрев кокиля 3)установка стержня в кокиль; 4)сборка кокиля; 5)заливка металла 6)разборка кокиля и удаление отливки; 7)очистка отливки 8)контроль отливки
Особенности: Скорость охлаждения отливки в кокиле в несколько раз выше, чем при литье в разовые формы. Поэтому отливки получаются более плотными. Точность размеров и чистота поверхности отливок выше, чем при литье в песчаные формы. Литье в кокиль является производительным процессом. Экономически подходит только в массовом производстве.
6. Литьё металлов под давлением используется в массовом производстве для изготовления отливок с минимальной толщиной стенок, малой шероховатостью поверхности. Сущность технологического процесса заключается в заполнении расплавленным металлом металлической формы под давлением сжатого воздуха или поршня, когда жидкий металл запрессовывается в форму и после затвердевания воспроизводит ее точную конфигурацию, обеспечивая при этом высокую плотность отливки. Струя металла подается в полость пресс-формы с большой скоростью, что обеспечивает точность, высокое качество поверхности, выс механические свойства.
Машины для литья по давл. делятся на поршневые и компрессорные.
Основные технологические операции.
1)Очистка пресс-формы. 2)Нагрев пресс-формы до 120…220°С и покрытие поверхности смазкой. 3)Сборка пресс-формы. 4)Залив расплавленного металла в камеру прессования и запрессовка расплава под давлением в полость пресс-формы. 5)Охлаждение и затвердевание отливки под внешним давлением. 6)После затвердевание отливки внешнее давление снимается и извлекается отливка.
Преимущества: высокая точность размеров отливки, получение тонкостенных отливок. Недостатки: высокая стоимость пресс-формы, ограниченность использования сплавов
8. Изготовление отливок из чугунов
Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления различных отливок. Но отливки также изготавливают из белого, высокопрочного, ковкого чугунов. В сером чугуне углерод содержится в виде графита, который имеет пластинчатую форму. Серый чугун маркируют СЧ10—СЧ25 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к серым чугунам, цифры показывают временное сопротивление разрыву.
На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы.
Чугунные отливки, полученные в кокилях, меньше поражены газовыми раковинами, чем отливки, полученные в песчаных формах, так как вследствие высокой скорости охлаждения металла в кокилях газы не успевают выделяться из расплава. Однако неправильная конструкция вентиляционной и литниковой систем, нарушения при окраске кокилей и подготовке расплава повышают вероятность образования газовых дефектов в отливке.
Чугун в большей степени, чем другие сплавы, способен изменять структуру в зависимости от скорости охлаждения и затвердевания отливки. Поэтому, управляя скоростью охлаждения чугуна, можно получать отливки с любой структурой. Большое влияние на структуру чугуна оказывает также его химический состав. В свою очередь, от структуры чугуна зависят механические свойства, износостойкость, герметичность, обрабатываемость отливки. Повышение скорости охлаждения отливки при литье в кокиль приводит к уменьшению количества и размеров графитных включений, к увеличению содержания перлита и уменьшению его зерна, что повышает механические и другие служебные свойства отливок.
Для изготовления отливок используют углеродистые легированные стали. Литейные стали обозначают аналогично конструкционным сталям. В марках углеродистых литейных сталей 15Л, 20Л—60Л, легированных — ЗОХГСЛ, 15Х18Н9ТЛ, 110Г13Л и т. п. буква Л означает принадлежность к литейным сталям.
Углеродистые литейные стали обладают высокими временными сопротивлением (400—600 МПа), относительным удлинением, ударной вязкостью. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей — углерод.
Литейные стали имеют плохие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть, значительную усадку, что приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках; стали склонны к образованию трещин.
Стальные отливки преимущественно изготовляют в песчаных и оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем и др.
На рис. приведена схема литейной формы для изготовления стального зубчатого колеса. Для предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках на массивные части устанавливают прибыли.
Для предупреждения трещин, возникающих из-за неравномерной усадки отливки, формы изготовляют из податливых формовочных смесей.
Высокая температура заливки требует применения формовочных и стержневых смесей с высокой огнеупорностью. Для получения высоких механических характеристик стальные отливки подвергают отжигу.
Для изготовления отливок используют магниевые сплавы, которые обозначают МЛ 1—МЛ19. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным магниевым сплавам, цифры — порядковый номер сплава.
Магниевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—350 МПа), относительное удлинение (3—9 %) и твердости (НВ 30—70). Магниевые сплавы хорошо работают при динамических нагрузках, имеют удовлетворительную коррозионную стойкость, хорошо обрабатываются резанием.
Магниевые сплавы имеют низкие литейные свойства (пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин) главным образом из-за большого интервала кристаллизации.
Магниевые сплавы плавят в тигельных электрических печах сопротивления (рис. а) и индукционных печах промышленной частоты (рис. б) и др. Для плавки используют стальные тигли.
Отливки из магниевых сплавов изготовляют преимущественно литьем в песчаные формы и, кроме того, в кокиль, литьем под давлением и другими способами.
Магниевые сплавы при заливке могут окисляться и интенсивно захватывать оксиды. Поэтому для обеспечения плавного поступления металла в полость формы используют расширяющиеся литниковые системы с нижним или вертикальнощелевым подводом металла. Для задержания шлака применяют металлические фильтровальные сетки.
Тугоплавкие металлы (титан, ванадий, хром и др.) имеют высокую химическую активность в расплавленном состоянии. Они активно взаимодействуют с кислородом, азотом, водородом и углеродом. Поэтому плавку этих металлов и их сплавов ведут в вакууме или в среде защитных газов. Для изготовления отливок наибольшее распространение получили титановые сплавы.
Основной способ производства титановых отливок — литье в графитовые формы, литье в оболочковые формы, изготовленные из нейтральных оксидов магния, циркония или из графитового порошка, в качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы. При изготовлении мелких сложных тонкостенных отливок применяют формы, полученные по выплавляемым моделям.
Для плавки титановых сплавов широко используют специальные вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом (рис). Перед плавкой в электроде-держателе 2 печи устанавливают электрод 3, а перед сливным носком тигля 4 укрепляют литейную форму 7. После этого кожух 5 печи герметизируют и вакуумируют. Через токоподвод 1 на электрод подают напряжение, и между ними и тиглем загорается электрическая дуга. По мере наполнения тигля жидким металлом плавильную печь поворотным механизмом 6 поворачивают на 90°. Титановый сплав при этом переливается в литейную форму 7. После затвердевания отливки форму удаляют. и цикл повторяется.
Для изготовления отливок используют медные сплавы, которые делят на бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзы обозначают, например, БрА9ЖЗЛ, где первые две буквы означают принадлежность данного сплава к бронзам, остальные буквы показывают, какие элементы входят в состав бронзы (олово, цинк, свинец, алюминий, железо), а цифры, состоящие после букв — процентное содержание элементов в данном сплаве. Буква «Л» показывает, что эта бронза литейная.
Латуни обозначают, например, ЛЦ40МцЗА, где буква «Л» показывает принадлежность данного сплава к латуням, остальные буквы означают элементы, входящие в состав латуни (цинк, алюминий, железо, марганец), а цифры — их процентное содержание.
Медные сплавы (бронзы и латуни) имеют высокие временное сопротивление, относительное удлинение (3—20 %), коррозионные и антифрикционные свойства.
Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, достаточно высокую усадку. Безоловянные бронзы обладают высокой жидкотекучестью и усадкой , затвердевают в малом интервале кристаллизации, что приводит к образованию в отливках сосредоточенных усадочных раковин.
Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку. Все медные сплавы склонны к образованию трещин.
Отливки из медных сплавов преимущественно (80 %) изготовляют литьем в песчаные формы и в оболочковые. Остальное количество отливок — литьем в кокиль, под давлением, центробежным литьем и др.
Для изготовления отливок используют алюминиевые сплавы АЛ1—АЛ15 и т. д. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным алюминиевым сплавам, цифры — порядковый номер сплава.
Алюминиевые сплавы имеют высокие временное сопротивление (150—340 МПа), относительное удлинение (1,5—12 %) и твердость (НВ 50—90). Кроме того, сплавы АЛ1, АЛ21 и другие имеют высокую теплопрочность, сплавы АЛ8, АЛ13 и другие повышенную коррозионную стойкость в морской воде и хорошо работают при вибрационных нагрузках. Все алюминиевые сплавы хорошо обрабатываются резанием.
Литье с кристаллизацией под гидростатическим давлением - способ изготовления отливок повышенной плотностью, в основном из алюминиевых сплавов, в форме, полученной по выплавляемым моделям и помещенной в прессовой камере с жидкостью. Прокаленную тонкостенную форму заливают металлом
( а), укрепляют к поршню пресса (б) и погружают в прессовую камеру, давление в которой нарастает со скоростью 10-10 000 МПа/с, и выдерживают в этой камере (в). Жидкость пропитывает оболочковую форму и всесторонне прессует кристаллизующийся металл, одновременно охлаждая его.
1. Физические основы получения сварн. соединений Сварка – технологический процесс получения неразъемных соединений путем установления межатомной и межмолекулярной связи между свариваемыми частями детали при нагреве места контакта или пластической деформации или того и другого одновременно. Сваркой соединяют однородные и разнородные металлы и их сплавы, металлы с некоторыми неметаллическими материалами (керамикой, графитом, стеклом и др.), а также пластмассы.
Физической основой процесса сварки является образование прочных связей между атомами или молекулами на поверхности соединяемых заготовок. Для получения сварного соединения соединяемые поверхности необходимо сблизить на расстояния, в пределах которых начинают действовать межатомные силы сцепления, обеспечить необходимую температуру, время контакта и качество поверхности. Для этого определенным образом требуется активизировать свариваемые поверхности путем введения определенной энергии. Энергия может быть сообщена в виде теплоты, упруго-пластической деформации, электронного, ионного, ультразвукового облучения. В зависимости от этого способы сварки разделяют на сварку плавлением(ручная, газо-электрич, плазмен дуговая, электрошлак, эл-лучевая, газовая, автомати под флюсом) и сварку давлением(контактная, газопрес, диффуз, ультразвук, трением, холодная и др). При сварке плавлением происходит расплавление кромок соединяемого материала. В результате образуется общая расплавленная сварочная ванна, которая, затвердевая, образует соединение в виде сварочного шва.
При сварке давлением заготовки соединяются путем совместной пластической деформации. При этом материал в зоне соединения, как правило, нагревают для снижения сопротивления деформации. В процессе деформации происходит течение материала вдоль соединяемых поверхностей и обеспечивается плотный контакт между соединяемыми поверхностями.
Источником теплоты при дуговой сварке является электрическая дуга, которая горит меду двумя электродами, при этом часто один электрод представляет собой свариваемую заготовку.
При сварке плавлением атомно-молекулярные связи между деталями создают, оплавляя их примыкающие кромки, так, чтобы получилась смачивающая их, общая ванна. Эта ванна затвердевает при охлаждении и соединяет детали в одно целое. Как правило, в жидкую ванну вводят дополнительный металл, чтобы полностью заполнить зазор между деталями, но возможна сварка и без него.
Принцип действия.
Дуга – мощный стабильный разряд электричества в ионизированной атмосфере газов и паров металла. Ионизация дугового промежутка происходит во время зажигания дуги и непрерывно поддерживается в процессе ее горения. Процесс зажигания дуги в большинстве случаев включает в себя три этапа: короткое замыкание электрода на заготовку, отвод электрода на расстояние 3-6 мм и возникновение устойчивого дугового разряда.
В зависимости от материала и числа электродов, а также способа включения электродов и заготовки в цепь электрического тока различают следующие способы дуговой сварки:
а) Сварка неплавящимся (графитным или вольфрамовым) электродом, дугой прямого действия, при которой соединение выполняется путем расплавления только основного металла, либо с применением присадочного металла.
б) Сварка плавящимся (металлическим) электродом, дугой прямого действия, с одновременным расплавлением основного металла и электрода, который пополняет сварочную ванну жидким металлом.
в) Сварка косвенной дугой, горящей между двумя, как правило, неплавящимися электродами. При этом основной металл нагревается и расплавляется теплотой столба дуги.
г) Сварка трехфазной дугой, при которой дуга горит между электродами, а также между каждым электродом и основным металлом.
5. Электрошлаковая сварка (ЭШС).
При этой сварке тепловая энергия, расходуемая на нагрев и плавление металлов изделия и электрода, получается за счет теплоты, выделяемой в объеме расплавленного флюса при прохождении через него тока. Шлаковая ванна не только нагревает металл изделия и электрода, но и надежно защищает расплавленный металл от вредного действия воздуха.
ЭШЛ— вид электрошлакового процесса, сварочная технология, использующая для нагрева зоны плавления тепло шлаковой ванны, нагреваемой электрическим током. Шлак защищает зону кристаллизации от окисления и насыщения водородом.
Процесс сварки является бездуговым. Сварку выполняют снизу вверх чаще всего при вертикальном положении свариваемых деталей с зазором между ними.
По виду электрода различают электрошлаковую сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода — без колебаний и с колебаниями электрода; по числу электродов — одно-, двух- и многоэлектродную.
6 Сварка в среде защитных газов.
При этом способе в зону дуги подается защитный газ, струя которого, обтекая электрическую дугу и сварочную ванну, предохраняет расплавленный металл от воздействия атмосферного воздуха, окисления и азотирования.
Сварку в защитных газов применяют для сварки углеродистых, низколегированных конструкционных и высоколегированных сталей, сплавов алюминия, магния, никеля, меди.
При сварке в защитном газе электрод, зона дуги и сварочная ванна защищены струей защитного газа.
В качестве защитных газов применяют инертные газы ( аргон и гелий) и активные газы (углекислый газ, азот, водород и др.), а иногда – смеси двух газов и более.
Сварка неплавящимся электродом в инертных газах может быть ручной, полуавтоматической и автоматической.
Сварка в защитных газах имеет следующие преимущества: высокую степень защиты расплавленного металла от воздействия воздуха; отсутствие на поверхности шва при применении аргона оксидов и шлаковых включений; возможность ведения процесса во всех пространственных положениях; возможность визуального наблюдения за процессом формирования шва и его регулирования; более высокую производительность процесса, чем при ручной дуговой сварке; относительно низкую стоимость сварки в углекислом газе.
Рис. Защитный газ может заполнять камеру, где ведут процесс сварки, но чаще всего его подают в дугу через мундштук 1 в виде потока 2,который окутывает электрод 3,дугу 4 и сварочную ванну 5, защищая их от проникновения кислорода и азота.