Изготовление отливок литьем по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям применяют при производстве отливок очень сложной конфигурации из любых литейных сплавов, в том числе
из высоколегированных сталей, трудно поддающихся механической обработке и ковке. Отливки получают массой 0,02…100 кг, с толщиной стенок
до 0,5 мм и отверстиями диаметром до 2 мм. Отливки имеют высокую точность и качество поверхности

Разъемные пресс-формы изготовляют из стали или алюминиевых сплавов. Полость пресс-формы имеет размеры будущей отливки с учетом усадки модельного состава.

Неразъемные легкоплавкие модели получают запрессовкой в пресс-форму модельного состава из легкоплавких материалов: парафина, стеарина, воска, церезина, канифоли и др., нагретых до тестообразного состояния. Легкоплавкая модель неразъемна, имеет все внутренние полости, отверстия, резьбу и не имеет стержневых знаков.

Рис. 15. Литье по выплавляемым моделям

2

1

3

4

5

6

На рис. 15 приведен чертеж отливки 1 и неразъемной модели с питателем 2. Модели с питателями «припаивают» к общему легкоплавкому стояку 3 и получают блок моделей. Готовый блок окунают в огнеупорную смесь. После окунания на моделях, питателях и стояке остается тонкая огнеупорная пленка смеси 4. Смесь заполняет все полости и отверстия в моделях, образуя стержни. Для упрочнения огнеупорной пленки блок моделей посыпают мелким сухим кварцевым песком 5. Прилипая к сырой пленке, песок образует огнеупорный слой, который сушат. Когда слой высыхает, операция окунания, посыпания песком и сушки повторяется от 3 до 5 раз. После сушки последнего огнеупорного слоя получают форму в виде многослойной оболочки с заформованными легкоплавкими моделями. Форму нагревают до температур более 100 °С или погружают в горячую воду. Модели и элементы литниковой системы плавятся и вытекают из формы. Для выжигания остатков модельного состава из полости и для упрочнения оболочки форму помещают в металлический ящик 6, засыпают металлической дробью и в термической печи обжигают при температуре 800…900 °С.

Рис. 16. Литье по выжигаемым моделям

1

2

3

4

5

6

При изготовлении ответственных отливок 1 (рис. 16) массой до 3,5 т из чугуна, стали и цветных сплавов в единичном производстве используют выжигаемые модели 3 из пенополистирола, который легко режется горячей проволокой и склеивается, заформовывают песчано-глинистой смесью 4 в металлическом ящике 6. Во время заливки модель с литниковой системой остается в форме, и жидкий металл 5 выжигает их и одновременно заполняет полость формы.

Этот способ позволяет получать отливки сложной формы, отличается большой точностью и экономией металла из-за отсутствия формовочных уклонов.

1.3.3. Изготовление отливок литьем под давлением

Литье под давлением осуществляют на компрессорных и поршневых машинах высокой производительности, дающих 200…400 отливок в час. Поршневые машины выпускают с горячей (рис. 17, в) или холодной камерой сжатия (рис. 17, а, б), расположенной горизонтально или вертикально. Машины с горячей камерой сжатия, в которых камера находится непосредственно в расплаве, применяют для получения отливок из сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца. Машины с холодной камерой сжатия, в которых камера вынесена за пределы расплава, используют для получения отливок из более тугоплавких цветных сплавов на основе меди, алюминия и магния.

На машинах с вертикальной холодной камерой сжатия (рис. 17, а) расплав заливают в камеру сжатия 1. Верхний поршень 2, опускаясь, давит на расплав и на нижний поршень 4, который при движении вниз открывает литниковый канал 5. Металл заполняет полость 3 пресс-формы, состоящей из двух половин. Давление верхнего поршня поддерживают
до полной кристаллизации отливки, после чего пресс-форму раскрывают
и отливку вместе с литником выталкивают из формы толкателями. Нижний поршень выталкивает наружу избыток металла, и его отправляют
в переплав.

а

б

в

Рис. 17. Схемы поршневых машин для литья под давлением: а - машина с вертикальной холодной камерой сжатия; б - машина с горизонтальной холодной камерой сжатия; в - машина с горячей камерой сжатия

5

6

2

1

4 5

4

1

2

3

3

1

2

3

4

На поршневой машине с горячей камерой сжатия 2 (рис. 17, в), чугунный тигель 3 с жидким металлом подогревают снизу газом. Перед заливкой пресс-форму закрывают. При верхнем положении поршня 1 через отверстие 4 сплав заполняет камеру сжатия 2 и канал 5. При движении вниз поршень впрессовывает жидкий металл в полость формы 6. После затвердевания металла давление снимают, поршень движется вверх, форму раскрывают и отливку выталкивают толкателями. Машины с горячей камерой сжатия более производительны и расходуют меньше жидкого металла.

Компрессорные машины, работающие на сжатом воздухе, применяются редко.

Литье под давлением дает возможность получения отливок из материалов с плохой жидкотекучестью, обеспечивает быстрое и хорошее заполнение формы, высокую точность и малую шероховатость поверхности отливки, отсутствие усадочных раковин, пористости, образование мелкозернистой структуры. Литьем под давлением получают отливки сложной конфигурации с толщиной стенки до 0,5 мм и с отверстиями диаметром до 1 мм. Это способ получения наиболее точных отливок, не требующих последующей механической обработки

1.3.4. Изготовление отливок центробежным литьем

Рис. 18. Схемы центробежного литья

а

б

Жидкий металл заливают во вращающуюся с определенной скоростью литейную форму. Центробежной силой металл прижимается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных и прочных отливок. Газы и шлак, обладающие меньшей плотностью вытесняются во внутренние полости отливки. Их удаляют механической обработкой.

Ось вращения формы может быть горизонтальной (рис. 18, а), если диаметр отливки значительно меньше ее длины, вертикальной, если диаметр значительно больше длины отливки (рис. 18, б) и наклонной. Внутренняя полость отливки получается без стержней, а толщина стенки отливки определяется количеством заливаемого металла.

Использование центробежных установок, отсутствие стержней повышает производительность труда, а отсутствие литниковой системы и прибылей значительно экономит металл.

Центробежное литье применяют при производстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах. Этим способом отливают трубы, цилиндровые втулки, гильзы автотракторных двигателей, заготовки для поршневых колец, шестерни, шкивы, орудийные стволы, а также получают двухслойные (биметаллические) отливки, поочередно заливая форму различными сплавами.

1.3.5. Изготовление отливок в металлических формах

Металлические формы называются кокилями. Они обладают высокой теплопроводностью, что обеспечивает образование мелкозернистой структуры отливок и повышает их прочность. При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, улучшаются санитарные условия труда, повышается точность и качество поверхности отливки, повышается производительность.

Высокая стоимость кокилей позволяет использовать их только в серийном и массовом производстве; есть опасность образования трещин в отливках из-за неподатливости металлического кокиля; чугунные отливки в кокиле получаются отбеленными и требуют длительного отжига.

Кокильное литье применяют при изготовлении несложных по конфигурации отливок с толщиной стенок 3…100 мм из чугуна, стали и цветных металлов.

По конструкции кокили бывают простые и сложные. В зависимости от расположения плоскости разъема кокили делятся на неразъемные (вытряхные); с вертикальной, горизонтальной и сложной (комбинированной) плоскостями разъема.

Рис. 19. Схема изготовления отливки в металлической форме (кокиле)

1

7

6

2

3

5

4

а

б

в

Перед изготовлением отливки в кокиле сначала очищают поверхности полуформ 1 и 3 (рис. 19, а), плиты 4 и разъемов от следов загрязнений и масла, проверяют возможные смещения, центрирование и крепление подвижных частей кокиля. Кокиль нагревают до 150…200 °С и наносят на рабочую поверхность кокиля и металлического стержня 5 огнеупорные покрытия в виде водной суспензии 2 распылением или кистью. После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры 150…350 °С.

При сборке кокилей (рис. 19, б) устанавливают, если необходимо, песчаный или металлический стержень 6, полуформы соединяют и скрепляют специальными зажимами. Затем производят заливку кокиля расплавом 7 (рис. 19, в). После затвердевания отливки металлический стержень частично извлекают, раскрывают кокиль, удаляют металлический стержень, извлекают затвердевшую и охлажденную отливку. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли и выпоры.

1.3.6. Изготовление отливок электрошлаковым литьем

В охлаждаемый водой медный кристаллизатор 6 (рис. 20) заливается расплавленный шлак. Электрический ток подводится к расходуемым электродам 7 и затравке 1. Из-за малой электропроводности шлаковая ванна нагревается до высокой температуры и оплавляет погруженные в ванну электроды. Капли металла, проходя через шлаковую ванну 4, собираются в металлическую ванну 3. Электроды поднимаются вверх. Для оформления полости в отливке 2 перемещается металлический водоохлаждаемый стержень 5.

Рис. 20. Схема электрошлакового литья

7 6 5 4 3 2

1

Получаемые отливки имеют механические свойства более высокие, чем поковки.

Расплавленный шлак очищает металл от серы и фосфора, защищает его от кислорода и азота воздуха, является тепловой надставкой, что устраняет усадочные раковины и необходимость в прибылях и, образуя на поверхности отливки пленку, обеспечивает чистую поверхность. Кристаллизация отливки происходит снизу вверх с участием малых объемов жидкого металла, что исключает ликвацию и осевую рыхлоту в отливке.

ЭШЛ применяют в энергетическом машиностроении (задвижки паропроводов сверхвысоких давлений, парогенераторы, корпуса атомных реакторов); литье труб из труднообрабатываемой аустенитной стали в атомной энергетике; в судостроении (коленчатые валы мощных дизелей); в металлургии (прокатные валки, калибры трубопрокатных станов, кузнечные штампы, кокили для литья и др.).