Специальные способы получения отливок

Изготовление отливок в песчано-глинистых разовых формах при машинной и особенно при ручной формовке имеет ряд существенных недостатков: невысокая точность и недостаточная чистота поверхности отливок; необходимость оставлять значительные припуски на механическую обработку; образование крупнозернистой литой структуры и др. Поэтому развитие массового производства и повышение требований к отливкам привело к разработке специальных способов литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежного и других, позволяющих получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, обеспечивающих высокую производительность труда и т.д.

Литьем в оболочковые формыназывается такой метод литья, при котором отливки получаются в форме, состоящей из двух песчано-смоляных оболочек. Изготовление оболочковых форм и стержней производится из мелкозернистого кварцевого песка с добавкой в качестве связующего фенолформальдегидной смолы. Характерной особенностью таких смол является их способность при определенной температуре необратимо твердеть. При нагревании до 140…160 ⁰С они расплавляются, превращаясь в клейкую массу, обволакивают зерна кварцевого песка, а затем при повышении температуры до 250…300 ⁰С уже через несколько секунд затвердевают. При повышении температуры более 600 ⁰С смола, не расплавляясь, сгорает, образуя в оболочке поры, облегчающие выход газам. Оболочковые полуформы изготавливают в основном бункерным (насыпным) способом (рис. 50). Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем. Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном и массовом производствах при получении высокоточных ответственных фасонных мелких и средних отливок из различных сплавов. Этот способ является разновидностью литья в разовые формы.

Литьем по выплавляемым моделямназывается такой метод, при котором полость в огнеупорной оболочковой форме, необходимой для получения отливок, образуется за счет выплавления моделей, изготовленных из легкоплавкой смеси [6, рис.49].

Из легкоплавкого модельного состава (50% парафина и 50% стеарина) в металлической пресс-форме, состоящей из двух частей, изготавливают модели отливок и литниковой системы. Полученные модели собирают в блоки, затем путем окунания наносят суспензию, состоящую из 30…40% гидролизованного этилсиликата и 60…70% пылевидного кварца. После этого блок обсыпают мелким сухим кварцевым песком и просушивают в течение 2…2,5 часов. На модельный блок наносят 4…6 слоев огнеупорного покрытия с последующим просушиванием каждого слоя. Выплавление моделей из оболочки производят в сушильных шкафах при температуре 110…120 ⁰С или погружением в горячую воду. Затем огнеупорную оболочку помещают в ящик и засыпают до самой воронки сухим кварцевым песком, помещают в электрическую печь, нагретую до 850…900 ⁰С, и выдерживают 3…4 часа. В процессе прокаливания происходит выгорание остатков модельной смеси, а оболочка приобретает прочность. Вслед за прокаливанием следует заливка формы металлом. Процессы получения отливок по выплавляемым моделям механизированы и автоматизированы. Этот метод способствует получению отливок с высокой точностью, малой шероховатостью поверхности, малой толщиной стенок и сложной конфигурации, массой от нескольких граммов до десятков килограмм.

Кроме выплавляемых моделей в литейном производстве используют выжигаемые (газифицируемые) модели при изготовлении ответственных отливок массой до 3,5 т из чугуна, стали и цветных сплавов в индивидуальном производстве. Для изготовления выжигаемых моделей используют пенополистирол.

При литье в кокиль отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы. По конструкции различают кокили неразъемные (вытряхные); с вертикальным разъемом и горизонтальным разъемом [6, рис.46]. Лучшим материалом для изготовления кокилей является серый чугун.

Технологический процесс состоит из следующих операций. Подготовка кокиля к заливке: на нагретый до 200 ⁰С кокиль наносят пульверизатором слой теплоизоляционной краски, затем подогревают вновь до 300 ⁰С, т.к. заливка металла в холодный кокиль может привести к выбросу; заливка кокиля жидким металлом; охлаждение отливки до ее затвердевания; выемка отливки; удаление стержней; удаление литников и зачистка отливки. Все операции механизированы и автоматизированы. Применяют в массовом и серийном производствах. Кокильные отливки имеют высокую степень точности, малую шероховатость поверхности, высокие механические свойства. К недостаткам относят высокую трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченную стойкость, ограниченность получения отливок по массе и размерам.

Центробежным литьем называется такой метод, при котором жидкий металл заполняет полость формы под действием центробежной силы, возникающей во вращающейся форме. Этим методом изготавливают отливки, имеющие форму тел вращения. Он применяется в массовом и серийном производствах. Направленная кристаллизация отливки от наружной поверхности к внутренней обеспечивает получение плотных отливок, свободных от неметаллических включений. В зависимости от положения оси вращения формы центробежные машины подразделяются на машины с вертикальной, горизонтальной и наклонной осью. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины, то ось вращения располагают горизонтально [6, рис.48, а, г]. Если же диаметр отливки больше, чем ее высота, то ось вращения располагают вертикально [6, рис. 48, б, в]. Преимущества этого метода: получение трубных заготовок без стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок.

Литьем под давлением называется такой метод, при котором жидкий металл заполняет полость металлической формы (пресс-формы) под принудительным давлением 30…100 МПа.

Получение отливок производится на специальных машинах с холодной или горячей камерами прессования [6, рис.47].

Технологический процесс получения отливок на машинах первого типа заключается в следующем: металл заливается в заливочное окно камеры сжатия ковшом, затем поршнем под давлением сплав заполняет пресс-форму; после затвердевания сплава извлекают металлический стержень, открывают пресс-форму и выталкивают толкателем отливку; далее процесс повторяется. С целью повышения срока службы формы перед началом работы нагревают до температуры 150…300 ⁰С и периодически наносится смазка на трущиеся части пресс-формы.

При правильной эксплуатации срок службы пресс-форм в зависимости от сложности отливок и типа сплава может достигать для цинковых сплавов 300…400 тыс. отливок, для алюминиевых – 80…100 тыс., для медных – 5…20 тыс. Преимущества этого способа: очень высокая производительность; высокая точность и низкая шероховатость поверхности, возможность получения отливок сложной конфигурации. Недостатки: высокая стоимость пресс-форм и оборудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; образование пористости, раковин в массивных частях отливок. В настоящее время создаются автоматизированные установки литья под давлением.