I.ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Краткая характеристика процесса получения отливок и работы отделений литейного цеха.

СУЩНОСТЬ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали).
При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.
Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).
Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы , в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

ТИПЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА.
Всякое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции.
Различают следующие основные типы литейного производства: единичное, серийное и массовое.
Единичное производство характеризуется выпуском в небольших количествах самого разнообразного литья. Производство отдельных отливок может периодически повторяться.
Серийное производство характеризуется периодичным выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями.
Массовое производство характеризуется непрерывным выпуском в больших количествах определенной номенклатуры литья. Примером массового производства может служить выпуск в огромных количествах однообразных отливок литейными цехами автомобильных и тракторных заводов.
Серийность производства оказывает большое влияние на выбор методов изготовления форм, на характер применяемого оборудования и работу литейного цеха. Если единичное производство характеризуется применением ручных методов труда, малой механизацией производственных процессов, незначительным количеством применяемой оснастки, то в массовом и серийном рационально применять наиболее технически совершенное и высокопроизводительное оборудование, большое количество специальных приспособлений.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ.

Наиболее широкое применение в машиностроительном производстве имеют сплавы Fe с C, т.е. конструкционная и инструментальная стали, серый и ковкий чугун, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью.

При нормальной комнатной температуре все металлы(кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов представляют металлы.

В технике химически чистые металлы не используются. Это объясняется двумя причинами: во-первых, трудностью получения их в промышленном производстве и во-вторых, отсутствием в них технически полезных свойств.

Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы.
Металлические материалы можно разделить на 2 группы:

1. Технически чистые металлы.

2. Сплавы.

Технически чистые металлы – металлы, в состав которых, помимо химически чистого элемента, в небольших количествах входят другие элементы.

Важнейшим промышленным металлом является железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами относят к группе черных металлов: сталь, чугун и ферросплавы. Из общего количества выплавляемых во всем мире металлов около 94% приходится на черные. Все остальные металлы и сплавы относятся к группе цветных металлов. Их принято делить на легкие(плотность до 3г/см3 и тяжелые. Различают также благородные и редкие металлы.

Сплавы – сложные материалы, получаемые путем сплавления одного металла с другими металлами.

Сплавам можно придать самые разнообразные свойства. Поэтому в технике они находят большее применение, чем технически чистые металлы.

В состав металлических сплавов могут входит также и неметаллические вещества, например, углерод, сера, фосфор, бор. Вещества, входящие в состав сплава, принято называть компонентами.

Помимо основных компонентов, в каждом сплаве всегда имеются в небольших количествахпосторонние химические вещества – металлические или неметаллические. Эти вещества в большинстве случаев нежелательные и называются примесями.

ЭЛЕМЕНТЫ ЛИТЕЙНОЙ ФОРМЫ

Литейная форма — это система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавленным металлом формируется отливка. На рис. 2, а показана литейная форма для тройника (рис. 2, б). Форма обычно состоит из нижней 2 и верхней б полуформ, которые изготовляют по литейным моделям 7
(рис. 2, г) в литейных опоках 5, 5. Литейная опока — приспособление для удержания формовочной смеси при изготовлении формы. Верхнюю и нижнюю полуформы взаимно ориентируют с помощью цилиндрических металлических штырей
4, вставляемых в отверстия приливов у опок. Для образования полостей, отверстий или иных сложных контуров в формы устанавливают литейные стержни
7, которые фиксируют с помощью выступов (стержневых знаков), входящих в соответствующие впадины в форме. Литейные стержни изготовляют по стержневым ящикам (рис. 2, д). Для подвода расплавленного металла в полость литейной формы, ее заполнения и питания отливки при затвердевании используют литниковую систему 8—11. После заливки расплавленного металла, его затвердевания и охлаждения форму разрушают, извлекая отливку (рис. 2, е).

ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ

Для производства отливок используются сплавы черных металлов: серые, высокопрочные, ковкие и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; медные (бронзы и латуни), цинковые, алюминиевые и магниевые сплавы; сплавы тугоплавких металлов: титановые, молибденовые, вольфрамовые и др.

Рис.2 Литейная форма и ее элементы: а – литейная форма; б – тройник; в – литейный стержень; г – литейная модель; д – стержневой ящик; е –отливка с литниковой системой.

Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин и др.); требуемыми физическими и эксплуатационными свойствами. Выбор сплава для тех или иных литых деталей сложной задачей, поскольку все требования в реальном учесть не представляется возможным.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА ОТЛИВОК

Возможность получения тонкостенных, сложных до форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется литейными свойствами сплавов. Наиболее важные литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка
(линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ.

Различают физические, механические, технологические и химические свойства металлов.

Физические свойства. К ним относят плотность, теплопроводность, электропроводность и температуру плавления. Перечисленные свойства называются физическими потому, что они обнаруживаются в явлениях, не сопровождающихся изменением химического состава вещества. Чистые металлы плавятся при t=const, а сплавы в интервале t-p.

Механические свойства. Характеризуют способность детали, изготовленной из определенного материала, выдерживать различные нагрузки или хорошо сопротивляться истиранию при работе машины. К механическим свойствам относятся прочность, твердость, упругость, пластичность и др.

Прочность сплава определяется величиной усилия, необходимого для разрушения стандартного образца. При этом стальные, алюминиевые и другие образцы испытывают на растяжение (разрыв) и относительное удлинение, а чугунные на изгиб. Кроме того, все литейные сплавы испытывают на твердость.

Твердость сплавов определяют на приборе Бринелля непосредственно на деталях или не отливках (НВ).

Твердость закаленных сталей определяют на приборе Роквелла путем вдавливания в изделие алмазной пирамиды(HRC).

Упругость – способность металла принимать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.

Пластичность(вязкость) – способность металла изменять первоначальную форму и размеры под действием нагрузки и сохранять новую форму и размеры после прекращения ее действия. Это свойство особенно важно при выборе сплавов для ковки, штамповки и прокатки.
Обрабатываемость резанием – способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента.
Ковкость – способность металла принимать новую форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без нарушения его целости (малоуглеродистая сталь).
Свариваемость – способность металлов образовывать прочные соединения при нагреве свариваемых частей до расплавленного или до пластического состояния. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевеы сплавы.
Жидкотекучесть – способность металла заполнять тонкие очертания полости формы. При недостаточной жидкотекучести расплавленный металл заполняет форму и отливка становится браком. Жидкотекучесть прежде всего зависит о химического состава, от температуры перегрева: чем она выше, тем больше жидкотекучесть.
Величину жидкотекучести определяют по технологической пробе – длин заполненной сплавом части полости контрольной литейной формы.

Усадка— свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах.
Линейная усадка - линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением, %:

Eлин=(lф - lот)100/lот, где lф и lот - размеры полости формы и отливки при температуре 20°С.
На линейную усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы. Так, усадка серого чугуна уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки.

Объемная усадка – уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемную усадку определяют соотношением, %,

Eоб=(Vф – Vот)100/Vот, где Vф и Vот – объем полости формы и объем отливки при температуре 200С.
Усадочные раковины – сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними.
Усадочная пористость – скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла.
Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания.
Горячие трещины в отливках возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов
(водорода, кислорода), серы и других примесей.
Холодные трещины возникают в области упругих деформаций, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые и вызывают появление трещин. Холодные трещины чаще всего образуются в тонкостенных отливках сложной конфигурации и тем больше, чем выше упругие свойства сплава, чем значительнее его усадка при пониженных температурах и чем ниже его теплопроводность.
Коробление — изменение формы и размеров отливки под влиянием внутренних напряжений, возникающих при охлаждении.

III. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК В ПЕСЧАНЫХ ФОРМАХ

МОДЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКТ

Модельный комплект — это совокупность технологической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме полости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают модели, модельные плиты,- стержневые ящики,. модели элементов литниковой системы и другие приспособления.
Литейная модель (рис. 3, а) - приспособление, при помощи которого в литейной форме получают полость с формой и размерами близкими к конфигурации получаемой отливки. Литейные модели бывают неразъемными, разъемными, с отъемными частями и др.
Модельная плита (рис. 3, б) — металлическая плита с закрепленными на ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило, при машинной формовке.
Стержневой ящик (рис. 3, в) — приспособление, служащее для изготовления стержней. Стержневые ящики бывают цельными, разъемными, вытряхными и др.

а) б)

Рис. 3. Литейная модель (а), модельная плита (б) и стержневой ящик (в) для корпуса вентиля:
/ — центрирующие шипы; 2 — стержневые знаки; 3 — центрирующие штыри; 4
—.металлическая плита; 5 — модели отливок; 6 — модели элементов литниковой системы

Рис. 4. Чертежи детали (а) и литейно-модельных указаний (б) для корпуса вентиля.

Припуск на механическую обработку 1 — слой металла, удаляемый в процессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхности детали.
Формовочные уклоны 4 служат для удобства извлечения модели из формы без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Уклоны выполняют в направлении извлечения модели из формы.
Галтели 5 — скругления внутренних углов поверхностей модели. Галтели облегчают извлечение модели из формы, предотвращают появление трещин и усадочных раковин в отливке.
Конфигурация стержневых знаков и их размеры должны обеспечивать легкую установку стержней в форму и их устойчивость. С этой целью предусматривают специальные замки. Припуски на механическую обработку, формовочные уклоны, галтели, размеры стержневых знаков регламентированы ГОСТами.
Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства изготовляют деревянными, а для массового производства— из чугуна, алюминиевых сплавов, пластмассы.

ФОРМОВОЧНЫЕ И СТЕРЖНЕВЫЕ СМЕСИ

Формовочные материалы — это совокупность природных и искусственных материалов, используемых для приготовления формовочных и стержневых смесей.
В качестве исходных материалов используют формовочные кварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующей способностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливки без пригара.

Формовочная смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочные смеси по характеру использования разделяют на облицовочные, наполнительные и единые.

Облицовочная смесь — это формовочная смесь, используемая для изготовления рабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходных формовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механические свойства.

Наполнительная смесь — это формовочная смесь для наполнения формы после нанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработки оборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка в глины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси используют при изготовлении крупных и сложных отливок.

Единая смесь — это формовочная смесь, применяемая одновременно в качестве облицовочной и наполнительной смеси. Такие смеси применяют при машинной формовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах.
Единые смеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующей способностью, чтобы обеспечить их долговечность.

Формовочные смеси должны иметь высокую огнеупорность, достаточную прочность и газопроницаемость, пластичность, податливость и т. д.

Огнеупорность — способность смеси и формы сопротивляться размягчению или расплавлению под воздействием температуры расплавленного металла. Чем крупнее песок, тем меньше в нем примесей и пыли и чем больше кремнезема, тем более огнеупорна смесь. При низкой огнеупорности на поверхности отливки образуется пригар - прочное соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностью отливки.

Прочность — способность материала формы не разрушаться при извлечении модели из формы, транспортировании и заливке форм. Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содержания глины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности.

Газопроницаемость — способность смеси пропускать через себя газы.
Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в формовочной смеси и чем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в формовочной смеси.

Пластичность — способность деформироваться без разрушения и точно воспроизводить отпечаток модели.

Податливость — способность формы или стержня сжиматься при усадке отливки.

Стержневая смесь — это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующая условиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни при заливке расплавленного металла испытывают значительные тепловые и механические воздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь более высокую огнеупорность, газопроницаемость, податливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т. д.

Жидкостекольные смеси, используемые для изготовления литейных стержней и литейных форм, приготовляют из кварцевых песков с содержанием не более 3,5
% глины, связующего материала — жидкого стекла с добавкой 10 %-ного раствора едкого натра. Отверждение смеси осуществляется продувкой углекислым газом.
Холоднотвердеющие смеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из кварцевого песка, связующих материалов — карбамидофурановых, фенолоформальдегидных смол и др. В качестве катализаторов применяют ортофосфорную или азотную кислоту и ее соли. Продолжительность отверждения смесей составляет 1—20 мин.

ЛИТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ

Литниковая система — это система каналов, через которые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную % подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

СБОРКА И ЗАЛИВКА ЛИТЕЙНЫХ ФОРМ. ОХЛАЖДЕНИЕ, ВЫБИВКА И ОЧИСТКА ОТЛИВОК.
Сборка литейных форм начинается с установки нижней полуформы 1 на заливочную площадку или тележку конвейера (рис.5, а). Затем в последовательности, указанной в технологической карте или на сборочном чертеже, устанавливают стержень / (рис. 5, б) и стержень //, после этого нижнюю полуформу по центрирующим штырям 3 накрывают верхней полуформой 2
(рис. 5, в}. Устойчивое положение стержней обеспечивается стержневыми знаками, Верхнюю полуформу с нижней скрепляют болтами, скобами или накладывают груз.
Заливка литейных форм—процесс заполнения полости литейной формы расплавленным металлом из чайниковых (рис. 6, а), барабанных (рис. 6, б) и других ковшей. Ковш с расплавленным Металлом от плавильных печей к месту разливки перевозят мостовым краном или по монорельсовому пути.
Важное значение при заливке форм имеет выбор температуры заливки расплавленного металла. При повышенной температуре заливки возрастает жидкотекучесть металла, улучшается питание отливок, но горячий металл более газонасыщен, сильнее окисляется, вызывает пригар на поверхности отливки. В то время как низкая температура заливки увеличивает опасность незаполнения полости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливки сплавов целесообразно назначать на 100—150 °С выше температуры ликвидуса.

Автоматизация заливки литейных форм обеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышает производительность труда.
На рис. 7 приведена схема автоматической заливочной установки для заливки серого чугуна в формы, в которой раздаточное устройство 7, имеет кольцевой индуктор 6 для подогрева и перемешивания расплавленного металла и герметичную крышку 2. Через канал 7 в раздаточное устройство периодически заливают чугун из ковша 8. Для выдачи дозы над зеркалом расплава создают давление, благодаря которому уровень металла в каналах 7 и 3 поднимается, и он через отверстие 4 в раздаточном носке поступает в форму 5. Расходом управляют, изменяя давление газа на зеркало расплавленного металла.

Рис. 5. Последовательность операций сборки литейной формы.

Рис. 6. Чайниковый (а) и барабанный (б) разливочные ковши.

Рис. 7. Установка для автоматизации заливки литейных форм.

Охлаждение отливок в литейных формах после заливки продолжается до температуры выбивки. Небольшие тонкостенные отливки охлаждаются в форме несколько минут, а толстостенные (массой 50—60 т) — в течение нескольких суток и даже недель. Для сокращения продолжительности охлаждения отливок, особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения: формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, по которым пропускают воздух или воду и др. При этом качество отливок не ухудшается.

Выбивка отливок — процесс удаления затвердевших и охлажденных до определенной температуры отливок из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Выбивку отливок осуществляют на различных выбивных установках.

Обрубка отливок—процесс удаления с отливки прибылей» литников, выпоров и заливов (облоев) по месту сопряжения полуформ. Обрубку производят пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, газовой резкой и на прессах. Литники от чугунных отливок отбивают молотками сразу же после выбивки из форм перед удалением стержней. Литники и прибыли от стальных отливок отрезают газовой или плазменной резкой. Ленточные и дисковые пилы используют для обрубки отливок из алюминиевых, магниевых, медных сплавов.
После обрубки отливки зачищают, удаляя мелкие заливы, остатки прибылей, выпоров и литников. Зачистку выполняют маятниковыми и стационарными шлифовальными кругами, пневматическими зубилами, газоплазменной обработкой и другими способами.

Очистка отливок—процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отливок. Ее осуществляют в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия, в гидропескоструйных идробеметных камерах,, химической или электрохимической обработкой и другими способами.

На рис. 8 показана схема поточной линии очистки отливок. Отливки 1 конвейером 2 подаются на решетку 3 для удаления смеси, Затем они во вращающемся барабане 4 очищаются от песка. Горелая смесь из барабана удаляется через отверстия. Из барабана отливки конвейером 5 подаются в дробеметный барабан 6, в котором струёй металлической дроби, подаваемой вращающейся дробеметной головкой 7, осуществляется окончательная очистка.
После чего отливкя ленточным конвейером 8 подаются к обдирочным станкам 9 для зачистки заливов, мест установки питателей и т. д.

Рис. 8. Поточная линия для очистки отливок.

IV. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК СПЕЦИАЛЬНЫМИ СПОСОБАМИ ЛИТЬЯ

Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяет требованиям современной техники. Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключающие ее, обеспечивают высокую производительность труда и т. д.

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Оболочковые формы (разъемные, тонкостенные), изготовляют следующим образом: металлическую модельную плиту 1, нагретую до температуры 200—250
°С, закрепляют на опрокидывающем бункере 2 (рис. 9, а) с формовочной смесью
3 и поворачивают его на 180° (рис. 9, б). Формовочная смесь, состоящая из мелкозернистого кварцевого песка (93—96 %) и термореактивной смолы ПК-104
(4—7 %), насыпается на модельную плиту и выдерживается 10—30 с. От теплоты модельной плиты термореактивная смола в пограничном слое переходит в жидкое состояние, склеивает песчинки с образованием песчано-смоляной оболочки 4 толщиной 5—20 мм в зависимости от времени выдержки. Бункер возвращается в исходное положение (рис. 9, б), излишки формовочной смеси ссыпаются на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой 4 снимается с бункера и нагревается в печи при температуре 300—350 °С в течение 1—1,5 мин, при этом термореактивная смола переходит в твердое необратимое состояние. Твердая оболочка снимается с модели специальными толкателями 5 (рис. 9, г).
Аналогично изготовляют и вторую полуформу.
Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют скобами. Кроме оболочковых форм этим способом изготовляют оболочковые стержни, используя нагреваемые

Рис. 9. Последовательность операций формовки при литье в оболочковые формы.

стержневые ящики. Оболочковые формы и стержни изготовляют на одно- и многопозиционных автоматических машинах и автоматических линиях.

Заливка форм производится в вертикальном или горизонтальном положении.
При заливке в вертикальном положении литейные формы 6 помещают в опоки- контейнеры 7 и засыпают кварцевым песком или металлической дробью 8 (рис.
9, д) для предохранения от преждевременного разрушения оболочки при заливке расплава.

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую геометрическую точность отливок, так как формовочная смесь, обладая высокой подвижностью, дает возможность получать четкий отпечаток модели. Точность отпечатка не нарушается потому, что оболочка снимается , с модели без расталкивания.
Повышенная точность формы позволяет в 2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. Применяя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шероховатость поверхности отливок. Высокая прочность оболочек позволяет изготовлять формы тонкостенными, что значительно сокращает расход формовочных материалов и т. д. В оболочковых формах изготовляют отливки с толщиной стенки 3—15 мм и массой 0,25—100 кг для автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин из чугуна, углеродистых сталей, сплавов цветных металлов.

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в формы, изготовленные по выплавляемым моделям многократным погружением в керамическую суспензию с последующими обсыпкой и отверждением.
Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов (парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.).
Модельный состав в пастообразном состоянии запрессовывают в пресс-формы.
После затвердевания модельного состава пресс-форма раскрывается и модель выталкивается в ванну с холодной водой. Затем модели собирают в модельные блоки с общей литниковой системой. В один блож объединяют 2—100 моделей.
Керамическую суспензию приготовляют тщательным перемешиванием огнеупорных материалов (пылевидного кварца, электрокорунда и др.) со связующим — гидролизованным раствором этил-силиката.
Формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока в керамическую суспензию , налитую в емкость с последующей обсыпкой кварцевым песком в специальной установке. Затем модельные блоки сушат 2—2,5 ч на воздухе или 20—40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре—шесть слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. Для этого их погружают на несколько минут в бак , наполненный водой , которая устройством нагревается до температуры 80—90 °С .

После охлаждения отливки форма разрушается. Отливки на обрезных прессах или другими способами отделяются от литников и для окончательной очистки направляются на химическую очистку в 45 %-ном водном растворе едкого натра, нагретом до температуры 150 °С. После травления отливки промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

ЛИТЬЕ В КОКИЛЬ

При литье в кокиль отливки получают путем згливки расплавленного металла в металлические формы — кокили. По конструкции различают кокили: вытряхные; с вертикальным разъемом; с горизонтальным разъемом и др.
Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации из чугуна, стали и цветных сплавов, а с металлическими стержнями — для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для получения сложной полости отливки используют разъемные стержни, состоящие из нескольких частей.
Рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений. Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздействия высоких температур заливаемого металла, для регу-' лирования скорости охлаждения отливки, улучшения заполняемости кокиля, облегчения извлечения отливки и т. д.
При сборке кокилей в определенной последовательности устанавливают металлические или песчаные стержни, проверяют точность их установки и закрепления, соединяют половины кокиля и скрепляют их.

Заливку металла осуществляют разливочными ковшами или автоматическими заливочными устройствами. Затем отливки охлаждают до температуры выбивки, составляющей 0,6—0,8 температуры солидуса сплава, и выталкивают из кокиля.
После этого отливки подвергают обрубке, очистке и в случае необходимости—термической обработке.
Разновидностью кокильного литья является литье в облицованные кокили.

Литье в облицованные кокили (рис. 10) состоит в том, что модельную плиту
6 с моделью 5 нагревают электрическими или газовыми нагревателями 7 до температуры 200—220 °С. На модельную плиту устанавливают нагретый до температуры 200—220 °С кокиль 3. В зазор между кокилем 3 и моделью 5 из пескодувной головки 1 через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термореактивным связующим (рис. 10, а). Оболочка 4 толщиной 3—5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели. После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают (рис. 10, б). Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля. После изготовления полуформ кокиль собирают, а затем из ковша 8 заливают расплавленный металлом (рис. 10, в).

При литье в кокиль сокращается расход формовочной и стержней вой смесей.
Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла, что обеспечивает боле высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок,! полученных в песчаные формы. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность размеров и малую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы.
Этот способ литья высокопроизводителен.
Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.

Рис. 10. Схема процесса изготовления отливок в облицованные кокили.

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литьем под давлением получают отливки в металлических формах (пресс- формах), при этом заливку металла в форму и формирование отливки осуществляют под давлением. Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.
На машинах с горизонтальной камерой прессования (рис. 11) порцию расплавленного металла заливают в камеру прессования 4 (рис. 11, а), который плунжером 5 под давлением 40—100 МПа подается в полость пресс-формы
(рис. 11, б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полуформ. Внутреннюю полость в отливке полу- чают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс- форма раскрывается (рис. 11, б), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120—320 °С. 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 плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости; перед заливкой расплавленного металла. Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45кг.

Рис. 11. Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

При центробежном литье сплав заливают во вращающиеся формы; формирование отливки осуществляется йод действие центробежных сил, что обеспечивает высокую плотность и механические свойства отливок.
Центробежным литьем отливки изготовляют в металлических, песчаных, оболочковых формах и в формах для литья по выплавляемы моделям на центробежных машинах с горизонтальной или вертикальной осью вращения.

При получении чугунных водопроводных труб на машинах с гс ризонтальной осью вращения (рис. 12, а) изложницу 2 устанавливают на опорные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница приводится во вращение электродвигателем 1.
Расплавленный чугун из ковша 4 заливают через желоб 8, который в процессе заливки чугуна перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования рас труба трубы используют либо песчаный, либо оболочковый стержень 8. После затвердевания залитого чугуна трубу извлекают из изложницы. На этих машинах изготовляют втулки, кольца и т. п.
При получении отливок на машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси (рис. 12, 6} расплавленный металл из разливочного ковша 4 заливают в литейную форму 2, укрепленную на шпинделе 1, который вращается от электродвигателя. Расплавленный металл центробежными силами прижимается к боковой стенке изложницы. Литейная форма вращается до полного затвердевания. После остановки формы отливка 3 извлекается. На этих машинах изготовляют кольца большого диаметра высотой не более 500 мм.
На рис. 12, в показана схема процесса литья сложных тонкостенных рабочих колес на машинах с вертикальной осью вращения. Здесь 1, 6 половины кокиля;
2 — стержень, который формирует канал рабочего колеса и его лопасти; 3 — стол машины; 4 — стержень, воспринимающий удар струи заливаемого металла; 5
— шпиндель центробежной машины. Частота вращения изложницы при центробежном литье составляет 150—1200 об/мин. Изложницы перед заливкой нагревают до температуры 150—200 °С. Температуру заливки сплавов назначают на 100—150 °С выше температуры ликвидуса.
Преимущества центробежного литья — получение внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза и т. д.).

Рис. 12. Схемы прцессов изготовления отливок центробежным литьем.

V. ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ РАЗЛИЧНЫХ СПЛАВОВ

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА

Серый чугун является наиболее распространенным материалом для изготовления различных отливок. 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.

Серый чугун обладает высоким временным сопротивлением (100— 450 МПа), повышенной твердостью (НВ 140—283), малым относительным удлинением (( ==
0,2—0,5 %).

Рис. 13. Микроструктуры серого чугуна: а – ферритного; б – перлитно-ферритного; в – перлитного; 1 – феррит; 2 – пластинчатый графит; 3 – перлит.

Ферритный серый чугун (рис. 13, а} состоит из вязкой основы — феррита и крупных пластинок графита, что обусловливает его низкую прочность. Его применяют для отливок неответственного назначения.
Перлитно-ферритный серый чугун (рис.13, 6) в своей структуре содержит перлит, феррит и графит, обладает повышенной прочностью, его широко используют для машиностроительных отливок из-за низкой стоимости по сравнению с перлитным чугуном.
Перлитный серый чугун (рис. 13, в) обладает высокой прочностью, которая обусловлена присутствием в его структуре перлита и мелких пластинок графита. Этот чугун используют для получения деталей ответственного назначения.
На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотеку честь. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы.
На структуру и свойства серого чугуна существенное влияние оказывают его химический состав и скорость охлаждения отливок в форме. Углерод, кремний и марганец улучшают механические и литейные свойства чугуна. Сера вызывает отбел в тонких частях отливок и снижает жидкотекучесть. Фосфор придает чугуну хрупкость. Поэтому содержание серы и фосфора в сером чугуне должно быть минимальным. Увеличение скорости охлаждения достигается путем уменьшения толщины отливки и увеличения теплопроводности литейной формы. В тонких частях отливки у ее поверхности скорость кристаллизации будет выше, чем в более массивных частях и в сердцевине. Поэтому в тонких частях отливки образуется более мелкая структура с повышенным содержанием перлита и мелкими включениями графита, что обеспечивает высокие механические свойства этих зон. Там, где чугун затвердевает медленнее, образуется крупно зернистая структура с малым содержанием перлита и крупными вклю-: чениями графита. Механические свойства этих зон низкие.
Механические свойства серого чугуна повышают легированием, модифицированием, термической обработкой и другими способами.
При легировании в расплавленный чугун вводят твердые или расплавленные легирующие элементы (никель, хром, титан и др.) в целях получения заданного химического состава и придания ему требуемых механических и эксплуатационных свойств.

При модифицировании в чугун вводят модификаторы (ферросилиций, силикокальций и др.) для измельчения структурных составляющих и равномерного их распределения по всему объему, что повышает механические свойства отливок.

Отливки из серого чугуна нашли широкое применение в станкостроении: станины станков, стойки, салазки, планшайбы, корпуса шпиндельных бабок и коробок передач, корпуса насосов, втулки вкладыши и др.; в автостроении; блоки цилиндров, гильзы, поршне вые кольца, кронштейны, картеры, тормозные барабаны, крыши и др.; в тяжелом машиностроении; в электротехнической промышленности и других отраслях машиностроения.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ СТАЛЬНЫХ 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 (10—24 %), ударной вязкостью, достаточной износостойкостью при ударных нагрузках. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей — углерод.
Литейные стали имеют плохие литейные свойства: пониженную жидкотекучесть, значительную усадку (до 2,5 %), что приводит к образованию усадочных раковин и пористости в отливках; стали склонны к образованию трещин.
Для плавки литейных сталей как правило, используют дуговые и индукционные печи. В последнее время для плавки стали широко начинают использовать плазменно-индукционные печи.
Производительность таких печей по сравнению с индукционной на 25—30 % выше, а расход электроэнергии значительно ниже.

В качестве шихтовых материалов применяют стальной лом, отходы собственного производства, передельный чугун, руду, флюсы и другие материалы. Стальные отливки преимущественно изготовляют в песчаных и оболочковых формах, литьем по выплавляемым моделям, центробежным литьем, литьем в облицованные кокили и другими способами.
На рис. 14 приведена схема литейной формы для изготовления стального зубчатого колеса. Для предупреждения усадочных раковин и пористости в отливках на массивные части устанавливают прибыли, а в тепловых узлах отливок используют наружные или внутренние холодильники.
Для предупреждения трещин, возникающих из-за неравномерной усадки отливки, формы изготовляют из податливых формовочных смесей. Кроме того, в отливках предусматривают технологические ребра, удаляемые при механической обработке.
Высокая температура заливки (1550—1650 °С) требует применения формовочных и стержневых смесей с высокой огнеупорностью. Литниковые системы для мелких и средних отливок выполняют по разъему или сверху, а для массивных — снизу (сифоном). В связи с низкой жидкотекучестью сталей площадь сечения питателей литниковой системы в 1,5—2 раза больше, чем при литье серого чугуна. Для получения высоких механических и эксплуатационных характеристик стальные отливки подвергают отжигу, нормализации и другим видам термической обработки.
Стальные отливки из углеродистых сталей используют в металлургии, станкостроении, автотракторной промышленности, трансфертном машиностроении и других отраслях. Из них изготовляют станины и валки прокатных станов, цилиндры, зубчатые колеса и т. д.

Рис. 14. Литейная форма для зубчатого колеса из стали:

1 – нижняя полуформа; 2 – верхняя полуформа; 3 – закрытые прибыли; 4 – утепляющие вставки; 5 – литниковая система; 6 – стержни

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ цсплавов

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.
Силумины (сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ9) имеют высокую жидкотекучесть, малую усадку (0,8—1,1 %), не склонны к образованию горячих и холодных трещин, потому что они по химическому составу близки к эвтектическим сплавам
(интервал кристаллизации 10— 30 °С).

В качестве шихтовых материалов используют технически чистый алюминий, силумины, отходы собственного производства, лигатуры и другие добавки. Для удаления водорода и неметаллических включений алюминиевые сплавы рафинируют, как правило, гексахлорэтаном, который при температуре 740—750
°С вводят в расплав в количестве 0,3—0,4 % массы расплава.

Рис. 15. Устройство камерной поворотной электрической печи сопротивления:

1 – электронагревательные элементы; 2 – металлосборник; 3 – загрузочные окна; 4 – механизм наклона печи для слива металла

Отливки из алюминиевых сплавов широко используют в авиационной и ракетной технике, автомобильной, приборостроительной, машиностроительной, судостроительной и электротехнической промышленности. Из алюминиевых сплавов изготовляют блоки двигателей внутреннего сгорания, головки блоков, корпуса насосов, судовые винты авиационные детали, детали электро- и радиоаппаратов.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления отливок используют магниевые сплавы которые обозначают МЛ 1—МЛ19. Буквы обозначают принадлежность данного сплава к литейным магниевым сплавам, цифры — порядковвый 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 способны работать с высокими нагрузками при температурах 200 - 300 °С, хорошо обрабатываются резанием. Механические свойства магниевых сплавов значительно повышаются после упрочняющей термической обработки.
Магниевые сплавы имеют низкие литейные свойства (пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку, склонны к образованию трещин) главным образом из-за большого интервала кристаллизации. Кроме того, магниевые сплавы хорошо растворяют водород (до 24 см3/100 г металла), что затрудняет получение отливок без газовой пористости. Эти сплавы склонны к самовозгоранию при плавке и заливке форм.
Магниевые сплавы плавят в тигельных электрических печах сопротивления (рис.
16, а) и индукционных печах промышленной частоты (рис. 16, б) и др. Для плавки используют стальные тигли.

В качестве шихтовых материалов применяют чушковый магнит и алюминий, отходы собственного производства, лигатуры, флюсы и др.
Отливки из магниевых сплавов изготовляют преимущественно литьем в песчаные формы и, кроме того, в кокиль, литьем под давлением и другими способами.

Магниевые сплавы, так же как и алюминиевые, 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.
Для предотвращения загорания магниевого сплава в литейной форме в состав формовочных смесей вводят защитные присадки. Чтобы предотвратить загорание магния при заливке форм, струю расплавленного металла припыливают порошком серы. Образующийся при ее горении сернистый газ предотвращает загорание.
Отливки из магниевых сплавов широко используют в автомобильной промышленности, текстильном машиностроении, приборостроении, авиационной и ракетной технике и др. Из этих сплавов изготовляют корпуса насосов, детали арматуры, бензомасляную аппаратуру, корпуса приборов и инструментов, корпуса тормозных барабанов, и колес и т.п.

Рис. 16. Устройства электрических печей сопротивления (а) и индукционной промышленной частоты (б) для плавки магниевых сплавов:

1 – кожух; 2 – огнеупорная кладка; 3 – нагреватель; 4 – труба для аварийного выпуска металла;

5 – тигель; 6 – крышка; 7 – поворотный механизм; 8 – индуктор; 9 – магнитопровод; 10 – тепловая изоляция.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ МЕДНЫХ СПЛАВОВ

Для изготовления отливок используют медные сплавы, которые делят на бронзы (оловянные и безоловянные) и латуни. Бронзы обозначают, например,
Бр05Ц5С5, 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, ЛЦ23А6ЖЗМц2, 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
(196—705 МПа), относительное удлинение (3—20 %), коррозионные и антифрикционные свойства. Многие медные сплавы хорошо противостоят разрушению в условиях кавитации.

Оловянные бронзы имеют хорошую жидкотекучесть, достаточно высокую усадку
(1,4—1,6 %). Эти бронзы затвердевают в большой интервале кристаллизации
(150—200 °С), что обусловливает образование в отливках рассеянной пористости. Безоловянные бронзы обладают высокой жидкотекучестью и усадкой
(1 6—2,4 %), затвердевают в малом интервале кристаллизации, что приводит к образованию в отливках сосредоточенных усадочных раковин.
Латуни имеют удовлетворительную жидкотекучесть, высокую усадку (1,6 - 2,2
%), затвердевают в интервале кристаллизации 30—70 °С, что обусловливает образование усадочных раковин и пористости. Все медные сплавы склонны к образованию трещин.

В качестве шихтовых материалов применяют чистую медь, отходи собственного производства, цинколово, свинец, железо, никеле и другие материалы.
При плавке на воздухе медь окисляется с образованием оксида меди. Для предохранения от окисления и поглощения водорода плавку ведут под слоем древесного угля. Нагретый до температуры 1200 °С расплав раскисляют фосфористой бронзой, затем вводят лигатуры или чистые металлы для получения требуемого химического состава. При необходимости расплав вторично расплавляют фосфористой бронзой.

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.
Из оловянных бронз изготовляют арматуру, шестерни, подшипники, втулки и др. Безоловянные бронзы используют как заменители оловянных. Их применяют для изготовления гребных винтов крупяных судов, тяжелонагруженных шестерен и зубчатых колес, корпусов насосов, арматуру для морской воды, детали химической и пищевой промышленности.

Латуни используют для изготовления различной арматуры для морского судостроения, работающей при температуре 300 °С, втулки и сепараторы подшипников, нажимные винты и гайки прокатных станов, червячные винты и другие детали.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ИЗ ТУГОПЛАВКИХ СПЛАВОВ

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. 17). Перед плавкой в электроде- держателе 2 печи устанавливают электрод 9, 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.
Отливки из титановых сплавов применяют в судостроении (гребные винты, насосы), в турбиностроении (лопатки турбин, диски), в авиации (диски и лопатки компрессоров), в электронной и вакуумной технике и других отраслях.

Рис. 17. Поворотная дуговая печь с расходуемым электордом

VI. ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ЛИТЕЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

ЗАДАЧИ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Основные задачи технического контроля: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушений технологического процесса, разработка мероприятий по повышению качества продукции; установление соответствия режимов и последовательности выполнения технологических операций, предусмотренных технической документацией; установление соответствия качества материалов, требуемых для производства отливок и т. д.

Контроль отливок прежде всего осуществляют визуально для выявления брака или отливок, подлежащих исправлению. Правильность конфигурации и размеров проверяют разметкой, плотность металла отливки — гидравлическими испытаниями под давлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализированных лабораториях. Технический контроль возложен на отдел технического контроля завода.

Тщательному контролю подвергают литейную оснастку (модели, модельные плиты и др.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контроль свойств формовочных и стержневых смесей, уплотнения в форме, качества стержней и правильности их установки, химического состава и технологических свойств сплава, температуры заливки и т. д.).

ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК И ПРИЧИНЫ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Дефекты отливок по внешним признакам подразделяют на наружные
(песчаные раковины, перекос, недолив и др.); внутренние (усадочные и газовые раковины, трещины горячие и холодные и др.).

Песчаные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабого уплотнения формы, недостаточного крепления выступающих частей формы и прочих причин.

Перекос—смещение одной части отливки относительно другой, возникающий в результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной
•установки стержня в форму и других причин.

Недолив — некоторые части отливки остаются незаполненными в связи с низкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучестью, недостаточным сечением элементов литниковой системы, неправильной конструкцией отливки
(например, малая толщина стенки отливки) и др.

Усадочные раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и грубокристаллическим строением. Эти дефекты возникают при недостаточном питании массивных узлов, нетехнологичной конструкции отливки, неправильной установке прибылей, заливке перегретым металлом.
Газовые раковины — открытые или закрытые пустоты в теле отливки с чистой и гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщенности расплавленного металла газами и др.
Трещины горячие и холодные — разрывы в теле отливки, возникающие при заливке чрезмерно перегретым металлом, из-за неправильной конструкции литниковой системы и прибылей, неправильной конструкции отливки, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней и др.

МЕТОДЫ ДЕФЕКТОСКОПИИ ОТЛИВОК

Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения отливок из формы или после их очистки.
Внутренние дефекты отливок выявляются радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

При использовании радиографических методов (рентгеноскопии, гамма- дефектоскопии) на отливки воздействуют рентгеновским или гамма-излучением.
С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, размеры и глубину его залегания.

При ультразвуковом контроле ультразвуковая волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и др.) частично и отражается. По интенсивности отражения волны судят о наличии, размерах и глубине залегания дефектов. Трещины в отливках выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.

МЕТОДЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В ОТЛИВКАХ

Незначительные дефекты в ответственных местах отливок исправляют заделкой замазками или мастиками, пропиткой различными составами, газовой или электрической сваркой

Заделка дефектов замазками или мастиками — декоративное исправление мелких поверхностных раковин на отливках. Перед заполнением мастикой дефектные места очищают от грязи и обезжиривают. После заполнения раковин мастикой исправленное место заглаживают, подсушивают и затирают пемзой или графитом.

Пропитывание составами применяют для устранения пористости отливок. С этой целью их погружают на 8—12 ч в водный раствор хлористого аммония.
Проникая в промежутки между кристаллами металла, раствор образует оксиды, заполняющие поры отливок. Для устранения течи отливки из цветных сплавов пропитывают бакелитовым лаком.

Газовую и электрическую сварку применяют для исправления дефектов на необрабатываемых поверхностях (раковины, сквозные отверстия, трещины).
Дефекты в чугунных отливках заваривают с использованием чугунных электродов и присадочных прутков, в стальных отливках — электродами соответствующего состава. Чугунные отливки перед заваркой нагревают до температуры 350—600
°С, а после заварки их медленно охлаждают до температуры окружающей среды.
Для лучшей обрабатываемости отливки подвергают отжигу.

-----------------------

Изготовление моделей, стержневых ящиков и другой оснастки

Сборка и подготовка форм к заливке

Охлаждение отливок

Приготовление формовочных и стержневых смесей

Заливка форм

Выбивка отливок из опок

Вырубка и очистка отливок

Контроль отливок

Изготовление и сушка стержней

Изготовление форм

Плавка сплава