Лекція №7

Навчальні питання:

1. Спеціальні способи лиття.

2. Виготовлення виливків у постійних металевих формах /кокілях/, під тиском, відцентровим литтям, литтям у моделі, що виплавляються, лиття в оболонкові форми. Сутність цих способів, їхні різновиди й особливості, послідовність виконання операцій, переваги, недоліки та сфери застосування різних способів лиття.

Навчальне питання 1. Спеціальні способи лиття.

Способи виготовлення виливків у разовій піщано-глинистій формі як при ручному, так і при машинному формуванні мають значні недоліки: неточні розміри і недостатня чистота поверхні виливків; значні припуски на механічну обробку; утворення крупнозернистої литої структури. Тому широко впроваджуються способи лиття, які підвищують точність і чистоту поверхні вилив­ків, зменшують припуски на механічну обробку. На практиці використовують такі методи виготовлення литва: лиття в метале­ві форми (кокільне); лиття під тиском; лиття за витоплюваними моделями; лиття в оболонкові форми; відцентрове лиття та ін.

Навчальне питання 2. Виготовлення виливків у постійних металевих формах /кокілях/, під тиском, відцентровим литтям, литтям у моделі, що виплавляються, лиття в оболонкові форми. Сутність цих способів, їхні різновиди й особливості, послідовність виконання операцій, переваги, недоліки та сфери застосування різних способів лиття.

Лиття в металеві форми

Сутність способу. Замість разової піщаної використовують багаторазову металеву форму, яку називають кокілем. Для утво­рення у виливку внутрішніх порожнин або отворів стержні час­то роблять також металевими. У кокілях виготовляють виливки з кольорових сплавів, чавуну і рідко із сталі.

Кокільне лиття порівняно з литтям у піщані разові форми має ряд переваг: не потрібні формові (а часто стержневі) суміші і модельно-опокова оснастка; підвищуються точність і чистота поверхні виливків; зменшується кількість пилу в ливарних цехах і поліпшуються санітарні умови праці; обслуговування метале­вих форм не потребує високої кваліфікації робітників; значно підвищується продуктивність праці.

Проте найбільш вагомою перевагою кокільного лиття є багаторазове використання форми, висока якість і щільність виливків. Щільний метал і дрібнозер­ниста структура утворюються завдяки значній швидкості охо­лодження і кристалізації розплаву, яка в десятки разів перевищує швидкість охолодження і кристалізації в піщаній формі. З цієї самої причини розчинені в металі гази не всти­гають повністю виділятися, залишаються в розчиненому стані і менш шкідливо впливають на щільність металу виливків.

Поряд із значними перевагами кокільне лиття має й свої недоліки: висока вартість металевих форм, чим пояснюється їх застосування лише в серійному і масовому виробництві; непід­датливість металевих форм, що збільшує небезпечність утворен­ня тріщин у виливках; чавунні виливки в металевих формах мають вибілену поверх­ню, що ускладнює техно­логію чавунного кокільно­го лиття і потребує від­палювання чавунних ви­ливків.

Рис. 61. Металева форма (кокіль)

Будова металевих форм. За конструкцією кокілі можуть мати вер­тикальний або горизон­тальний роз’ем і бути нерознімними. Рознімний кокіль складається з двох половин 1 і 2 (рис. 61), в яких є порожнина 5.

Ливникову систему — ча­шу 6, стояк 4, живильник і випор 7 —виконують у площині роз’єму. Розкривають форму і ви­штовхують готовий виливок вручну або механізованим способом. Вручну розкривають кокілі для дрібних виливків або дуже склад­ні за конструкцією кокілі з кількома роз’емами. Якщо внутріш­ні порожнини виливка мають складні обриси, то металеві стержні виготовляють з кількох частин або замінюють на піщані.

Особливості технології виготовлення виливків у металевих формах полягають у тому, що перед заливанням внутрішню поверхню металевої форми покривають спеціальною фарбою для ізолювання форми від стикання з рідким металом. Це роблять для того, щоб збільшити строк служби її або (в деяких випад­ках) зменшити швидкість охолодження виливка. Щоб запобігти вибілюванню чавунних виливків, треба підібрати відповідний хімічний склад чавуну, який би забезпечив процес графітизації в умовах підвищеної швидкості охолодження в металевій фор­мі. Крім того, перед заливанням чавуну кокіль нагрівають до 250—300° С і час витримування виливка в кокілі скорочують до мінімуму. Якщо виливки з силуміну виготовляють у металевих формах, то відпадає потреба модифікувати його солями натрію, оскільки швидке охолодження здрібнює кремній в евтектиці. При литті в кокіль мідних сплавів порожнину форми покри­вають жирними фарбами, внаслідок чого між^металом і кокілем утворюється газовий прошарок. Це усуває можливість виникнен­ня пригару і сприяє утворенню гладенької поверхні виливка.

Увесь технологічний процес кокільного лиття складається з таких послідовних операцій: очищання кокіля від старого облицювання, підігрівання форми, фарбування форми, укладан­ня стержнів, складання форми, заливання металом і видалення виливка з форми.

Лиття під тиском

Сутність способу. Рідкий метал під тиском примусово за­повнює металеву прес-форму. Примусове живлення виливка рідким металом усуває можливість утворення усадочних рако­вин, що дає змогу відмовитись від додатків. Завдяки тиску роз­чинені в металі гази залишаються в розчині, що знижує газову пористість, підвищує щільність і міцність виливків. При литті під тиском виливки мають високу точність (3—5 класу) і чисто­ту поверхні (5—7 класу). Тому вони здебільшого не потребують механічної обробки. Литтям під тиском можна виготовити виливки з глибокими порожнинами, отворами малого діаметра (до 2 мм), готового різьбою, тонкостінні (близько 0,5 мм). Пере­вагою цього способу лиття є також висока продуктивність праці і взаємозамінність виготовлюваних деталей.

Металеві прес-форми дуже складні і дорого коштують, через що лиття під тиском застосовують лише в масовому виробництві для виготовлення тонкостінних невеликих виливків з кольорових сплавів, які мають невисоку температуру плавлення. Машини для лиття під тиском поділяють на поршневі і компресорні з гарячою і холодною камерами стиску.

Рис. 62. Поршневі машини для лиття під тиском, 120

Робота поршневих машин. Поршневі гідравлічні машини з гарячою камерою стиску використовують в основному для виготовлення виливків із сплавів з низькою температурою плав­лення — на основі цинку, свинцю і олова, а з холодною камерою стиску — для виготовлення їх з усіх сплавів кольорових металів. Камера стиску може бути розміщена вертикально і горизон­тально.

Вертикальна холодна камера стиску 3 (рис. 62,а) відокремлена від ванни з рідким металом. Метал 2 заливають у камеру мірною ложкою. Верхній поршень /, опускаючись, тисне на метал; водночас нижній поршень 7, також опускаючись, відкриває ливниковий канал 6. Метал заповнює порожнину прес- форми (рис. 62, б), яка складається з рухомої половини 4 (пуан­сон) і нерухомої половини 5 (матриця). Коли метал затвердне, пуансон відходить убік (рис. 62, в) і виливок 9 разом з ливни­ком 10 виштовхується виштовхувачами 8. Надлишок металу 11 видаляється назовні нижнім поршнем 7.

Гаряча камера стиску 14 (рис. 62,г) розміщена без­посередньо у ванні 13 з рідким металом 12 і тому працює в дуже важких умовах: на неї діє гарячий рідкий метал. Крізь ливник 16 метал надходить у порожнину прес-форми 17. Така конструк­ція камери стиску не дає можливості виготовлювати виливки із сплавів з температурою плавлення понад 500° С, бо швидко спра­цьовується поршень 15

Лиття за витоплюваними моделями.

Сутність способу. При цьому способі за нерознімною лег­коплавкою моделлю виготовляють нерознімну ливарну форму, моделі з якої потім витоплюють, а в утворену порожнину зали­вають рідкий метал. У цьому випадку модель і форму вико­ристовують лише один раз. Оскільки форма нерознімна, а для формування застосовують кварцову пудру (маршаліт), у виго­товлених виливків немає формових уклонів, вони мають точні розміри і високу чистоту поверхонь. Обсяг механічної обробки зменшується на 80—100% і в 1,5—2 рази скорочуються витрати рідкого металу на ливникову систему, бо в одній формі виготов­ляють кілька штук і навіть десятків штук виливків (рис. 63, а). Цим способом можна робити виливки із сплавів з будь-якою температурою плавлення, із сплавів, важко оброблюваних різанням і тиском (жароміцні, жаростійкі сплави для лопаток турбін, різальний інструмент із швидкорізальної сталі та ін.). Найменша товщина стінки виливка — 0,7 мм, маса — від кіль­кох грамів до 100 кг.

Легкоплавкі моделі виготовляють з модельної маси, до складу якої входять різні легкоплавкі матеріали: парафін, стеа­рин, віск, церезин, каніфоль та ін. Для виготовлення моделі доведену до тістоподібного стану модельну масу шприцем запресовують у металеву роз- німну форму, яка дає точний відбиток і точні розміри май­бутнього виливка з усіма внут­рішніми порожнинами. Моделі стояка і живильників також ви­готовляють з модельної маси.

Рис. 63. Схема виготовлення форм

Ливарну форму виготовляють нанесенням вогнетривкого покриття, занурюючи блок легкоплавких моделей у суміш з 60—70% маршаліту і 30—40% гідролізованого етилсилікату. На ливнику, живильниках і моделях утворюється тонкий шар вогне­тривкої суміші (рис. 63,6). Для укріплення цього шару блок посипають дрібним кварцовим піском І дають покриттю висох­нути; занурення у вогнетривку суміш повторюють ще 3—5 раз із сушінням після кожного разу. Наступна операція — витоплю­вання легкоплавких моделей з вогнетривкого покриття. Це роблять, занурюючи блок у гарячу воду з температурою близько 90° С або ставлячи його в сушильну шафу з тією самою темпе­ратурою. Моделі і елементи ливникової системи витоплюються і витікають з оболонки. Оскільки вогнетривка оболонка, ще не досить міцна, її заформовують у металеві ящики, засипають сухим піском і поміщають у термічну піч, де й випалюють при температурі 800—900° С.

Заливання форм. Рідкий метал заливають у гарячу форму відразу ж після випалення оболонки, що дає можливість діста­вати тонкостінне литво

(рис. 63, в). Виливки вибивають з форм і відокремлюють від ливникової системи на вібраційних маши­нах. Вогнетривку масу видалити з порожнин дуже важко, тому заключною операцією є вилуговування залишків оболонки при температурі — 120° С у ванні з лужним розчином з наступним промиванням виливків у воді.

Крім лиття за витоплюваними моделями, у промисловості застосовують ще такі способи, як лиття за випалюваними і за­морожуваними моделями. При литті за випалюваними моделями модель виготовляють з пінополістиролу і заформовують за тією самою технологією, що й при витоплюваних моделях. Не вида­ляючи моделі, форму заливають рідким металом. Модель випа­рюється, і її місце займає метал. При литті за заморожуваними моделями модель виготовляють з водних розчинів солей або ртуті. Рідкий розчин (ртуть) заливають у прес-форму, і заморо­жують. По замороженій моделі роблять форму, з якої модель виливка видаляють нагріванням.

Лиття в оболонкові форми

Сутність способу. Оболонкові форми виготовляють, вико­ристовуючи термореактивні смоли в суміші з технічним уротро­піном (пульвербакелітом), які при незначному нагріванні плав­ляться, а при вищому — затвердівають. Пульвербакеліт входить до складу формових і стержневих сумішей як закріплювач. За точністю розмірів і чистотою поверхні виливки, виготовлені в оболонкових формах, перевершують виливки, виготовлені в піщано-глинистих формах. Використання у формовій суміші дрібного кварцового піску забезпечує шорсткість поверхні ви­ливка в межах 3—5 класів. Цей спосіб застосовують у серійному і масовому виробництві дрібних і середніх виливків з будь-яких сплавів.

Виготовлення оболонкових форм починається з нагрівання модельних плит в електричній печі до температури 220—280° С. Нагріту модельну плиту 1 (рис. 64, а) закріплюють моделлю вниз над бункером 2 з формовою сумішшю 3, яка складається з піску з домішкою 4—6% порошкоподібного пульвербакеліту.

Рис. 64. Схема виготовлення оболонково! форми.

Бункер разом з модельною плитою повертають на 180°, і фермо­ва суміш падає на модель 1 (рис. 64,6). Пульвербакеліт суміші плавиться і зв’язує зерна піску в напівтверду кірку 4 завтовшки 6—8 мм. Потім бункер повертається у вихідне положення, фер­мова суміш, що не прореагувала, падає на дно бункера (рис. 64, в), а модельну плиту подають у піч для остаточного затверд- нення оболонки при температурі близько 350—500° С (рис. 64, г). Готову тверду оболонку 5 знімають з модельної плити за допомогою виштовхувачів 6 (рис. 64,6). Таким способом виго­товляють половинки оболонкової форми. Стержні тдкож виго­товляють з цієї самої суміші в металевих стержневих ящиках. Заключною операцією є складання оболонкової форми з напівформ. Напівформи скріплюють за допомогою скоб, струбцин або склеюють по площині роз’єму. Складену оболонкову форму кладуть у металевий ящик, засипають крупним піском або чавун­ним дробом і заливають рідким металом. Під дією високої тем­ператури смола з формової і стержневої сумішей поступово вигоряє, вони втрачають міцність і легко руйнуються при виби­ванні виливка з форми.

Відцентрове лиття

Сутність способу полягає в тому, що рідкий метал зали­вають у форму, яка обертається з певною швидкістю. Заповнен­ня форми і кристалізація металу відбуваються під дією від­центрових сил, що забезпечує значну щільність металу і міц­ність виливка. Гази і неметалеві домішки (оксиди, шлак) важкий метал витискує до внутрішньої порожнини виливка, потім їх видаляють при механічній обробці. Перевагою від­центрового лиття є високий вихід придатних виливків (до 90%) завдяки майже повній відсутності витрати металу на ливникову систему і додатки.

Вісь обертання форми може бути горизонтальною і верти­кальною (рис. 65, а,б). В обох випадках вісь обертання збі­гається з віссю виливка і тому внутрішня порожнина його утво­рюється без застосування стержнів. Цей спосіб поширений при виготовленні виливків, що мають форму тіла обертання.

Застосування відцентрового лиття. Найбільш пощирене відцентрове лиття у виробництві литих чавунних труб з охоло­джуваною металевою формою 3 (рис. 65,в), яку обертає елек­тродвигун 1. Рідкий чавун з ковша 5 по нерухомому жолобу 4 надходить у форму. У міру заповнення металом форма пере­міщається по рейках ліворуч. По закінченні заливання форма перебуває в крайньому лівому положенні і ще деякий час (до повної кристалізації металу) обертається. Після затверднення металу електродвигун вимикають, трубу разом із стержнем 2 (він утворює розтруб) видаляють з форми ліворуч. Чавунні труби, виготовлені цим способом, на зовнішній поверхні вибі­люються, тому їх треба відпалювати прц температурі 850— 920° С.

Інформаційні джерела:

1. Технологія конструкційних матеріалів./За ред. А.М. Сологуба. - К.: Вища школа, 1993 –

300 с.

2. Большаков В.І., Береза О.Ю., Харченко В.І. Прикладне матеріалознавство: Підручник. Дніпропетровськ: РВА „Дніпро VAL”.2000 – 290 с.

3. Технология конструкционних материалов. /Г.А. Прейс, М.А. Сологуб, И.А. Рожнецкий/ - К.: Вища школа 1991 – 391 с.

4. Дальский А.М. и др. Технология конструкционных материалов, М.: Машиностроение. 1990 - 351 с.

Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство