Изготовление отливок специальными способами литья

Изготовление отливок в кокилях. Способ применяют в крупносерийном и массовом производстве

Этим способом отливки получают путем заливки расплавленного металла в металлические формы-кокили. Литейная форма изготавливается из теплостойкой легированной стали (обычно применяют 5ХНМ). Форма изготавливается разборной. Внутреннее очертание формы соответствует наружной конфигурации отливки. С целью исключения пригара заливаемого металла к поверхности формы внутренняя полость формы смазывается специальной краской или графитом. Стойкость формы достигает 500-600 шт отливок из чугуна и до 10000 штук для отливок из цветных металлов и сплавов.

При литье в кокиль сокращается рас­ход формовочной и стержневой смесей. Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты из залитого металла, что обеспечивает более 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.

Литье по выплавляемым моделям. При этом способе модель и литниковую систему изготавливается из легкоплавкого материала, обычно для этой цели применяют смесь парафина 50% и стеарина 50% (температура плавления 62°С). В крупносерийном и массовом производстве модели изготавливают методом пластического деформирования. После изготовления к литниковой системе прикрепляют легкоплавкие модели. Изготовленное легкоплавкое устройство погружают в керамическую суспензию (песок + связующее). Затем устройство извлекают и просушивают. Вокруг легкоплавкого материала образуется тонкий упрочненный слой из суспензии. Количество погружений в суспензию должно обеспечить корочку толщиной 15-20 мм. Для повышения поверхностной корочки проводят обжиг в печи. Для удаления легкоплавкого материала полученное устройство погружают в кипящую воду или помещают в печь (Т=150-160°С). Перед заливкой расплава металла, полученную керамическую форму помещают в опоку и засыпают песком, это необходимо для предотвращения разрушения формы при заливке. После заливки и кристаллизации проводится охлаждение до комнатной температуры, а затем на вибрационных установках извлекают полученные отливки с литниковой системой из опоки. Отделение отливки от литниковой системы проводится методом обрубки.

Технологический процесс изготовле­ния отливок по выплавляемым моде­лям механизирован и автоматизирован. В массовом производстве используют автоматические установки для изготов­ления моделей, приготовления суспен­зии и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их кварцевым песком, для прокаливания и заливки форм и т. д., объединенные транспортными устрой­ствами в автоматические линии.

Литье в оболочковые формы. При этом способе изготавленную металлическую модель нагревают до Т=200-220 С. Затем на нее устанавливают ограничительную рамку, куда засыпают специальную смесь (циркониевый концентрат + фенолформальдегидная смола ФФС). При этом происходит расплавление связующего компонента и заполнения пространства между отдельными песчинками. Далее выполняют окончательный нагрев до Т=400-420 С и ведержку 25 минут. На этой стадии происходит окончательное отверждевание состава. После этого металлическая модель вместе с рамкой извлекается из печи, охлаждается и с поверхности модели снимается оболочковая форма. По аналогичной технологии изготавливают литниковую систему. Затем производят сборку литейной формы.

Достоинства: высокая геометрическая точ­ность позволя­ет в 2 раза снизить припуски на механическую обработку отливок. При­меняя мелкозернистый кварцевый песок для форм, можно снизить шерохова­тость поверхности отливок.

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.

Рис. 19 Схема процесса изготовления отливок на машинах с горизонтальной холодной камерой прессования

На машинах с горизонтальной холод­ной камерой прессования (рис. 19) порцию расплавленного металла зали­вают в камеру прессования 4 (рис. 19, а), которую плунжером 5 под давлением 40-100 МПа подают в по­лость пресс-формы (рис. 19, б}, со­стоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 полу форм. Внутреннюю полость в от­ливке получают стержнем 2. После затвердевания отливки пресс-форма раскрывается (рис. 19, в), стержень 2 извлекается и отливка 7 выталкива­телями 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Перед заливкой пресс-форму нагревают до температуры 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 45 кг.

На машинах с горячей камерой прессования (рис. 20) камера прессова­ния 2 расположена в обогреваемом тигле 7 с расплавленным металлом. При верхнем положении плунжера 3 расплавленный металл через отвер­стие 4 заполняет камеру прессования. При движении плунжера вниз отверстия перекрываются, сплав под давлением 10-30 МПа заполняет полость пресс-формы 5. После затвердевания отливки плунжер возвращается в исходное положение, остатки расплавленного ме­талла из канала сливаются в камеру прессования, а отливка из пресс-формы удаляется выталкивателями 6. Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых и магниевых сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг.

Рис. 20 Схема процесса изготовления от­ливок на машинах с горячей камерой прессо­вания

При литье под давлением тем­пературу заливки сплава выбирают на 10-20 С выше температуры ли­квидуса. Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном произ­водствах отливок с минимальной тол­щиной стенок 0,8 мм, с высокой точ­ностью размеров и малой шерохова­тостью поверхности за счет точной обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы; без ме­ханической обработки или с минималь­ными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отли­вок; с высокой производительностью процесса.

Недостатки литья под давлением высокая стоимость пресс-форм и обо­рудования; ограниченность габаритных размеров и массы отливок; наличие воздушной пористости в массивных

Изготовление отливок центробежным литьем. При центробежном литье сплав зали­вают во вращающиеся формы; форми­рование отливки осуществляется под действием центробежных сил, что обес­печивает высокую плотность и меха­нические свойства отливок.

Металлические формы изложницы из­готовляют из чугуна и стали. Толщина изложницы обычно в 1,5-2 раза боль­ше толщины отливки. В процессе литья изложницы снаружи охлаждают водой или воздухом. На рабочую поверхность изложницы наносят теплозащитные по­крытия для увеличения срока их служ­бы. Перед работой изложницы подогре­вают до температуры 200° С.

При получении чугунных водопро­водных труб на машинах с горизон­тальной осью вращения (рис. 21, а) изложницу 2 устанавливают на опор­ные ролики 7 и закрывают кожухом 6. Изложница 2 приводится во враще­ние электродвигателем 1. Расплавлен­ный чугун из ковша 4 заливают через желоб 3, который в процессе заливки чугуна перемещается в направлении, показанном стрелкой, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Для образования раструба 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. 21, б) 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. 21, в показана схема процес­са литья сложных тонкостенных рабо­чих колес на машинах с вертикальной осью вращения: 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.

Рис. 21 Схемы процессов изготовления отливок цент­робежным литьем

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.).