Загальна технологічна схема виготовлення виливків

Суть ливарного виробництва полягає в тому, що фасонну деталь або заготовку виготовляють заливанням рідкого металу в ливарну форму, по­рожнина якої за розмірами і конфігурацією відповідає деталі. Такі деталі і заготовки називають виливками. Після затвердіння виливки виймають (або вибивають) з форми і ті з них, щодо точності яких ставлять більші вимоги, обробляють механічно.

До складу ливарного цеху входять такі відділення: модельне, землепідготовче, стрижневе, формувальне, плавильне, вибивальне, обрубне, очис­не. У модельному відділенні за робочим кресленням виготовляють мо­дельний комплект; у землепідготовчому - формову та стрижневу суміші; в формувальному - ливарну форму; в стрижневому - стрижень; у плавиль­ному дістають рідкий метал. Готову ливарну форму заливають рідким металом і після його затвердіння у вибивальному відділенні видаляють із форми виливок; обрубують ливникову систему й очищають виливок від пригару в очисному відділенні. Заключна операція - контроль якості ви­нника.

Загальну технологічну схему виготовлення виливків наведено на рис. III.I., [3].

4. Формувальні та стрижневі суміші, їх застосування

1) Формові і стрижневі піщано-глинисті сумішіповинні мати такі влас­тивості: вогнетривкість, пластичність, газопроникність, піддатливість, міцність, непригарність.

Вогнетривкість - здатність суміші не плавитись і не розм'якати під дією розплавленого металу.

Пластичність - здатність суміші набирати форму, яку їй надають (без руйнування), і давати точні відбитки моделі або стрижневого ящика.

Газопроникність - властивість суміші пропускати з певною швидкістю гази, які утворюються у формі і які виділяє метал при охолодженні.

Піддатливість - властивість суміші не чинити значного опору усадці металу при охолодженні виливка у формі (особливо це важливо для стриж­невих сумішей).

Міцність - здатність ущільненої суміші не розмиватися рідким мета­лом, який заповнює форму.

Непригарність - здатність суміші не вступати в хімічну взаємодію з металом і не пригоряти до поверхні виливка.

До складу фермових і стрижневих сумішей входять: кварцовий пісок, глина, вода і спеціальні добавки. Пісок забезпечує суміші вогнетривкість і газопроникність, глина - пластичність і міцність, але знижує газопроник­ність і піддатливість, а також утруднює вибивання стрижнів з виливка. Тому в стрижневі суміші замість глини як скріплювача добавляють різні органічні і неорганічні речовини: смоли, декстрин (хімічно оброблений крохмаль), рідке скло, патоку, каніфоль тощо. У формових сумішах вміст глини обмежують до 8...12 %. Для зменшення пригоряння до виливків, а також для підвищення піддатливості й газопроникності у формові і стриж­неві суміші вводять також спеціальні добавки (кам'яновугільний пил,

мазут, тирсу тощо).

2) Види формових сумішей.Найбільш широко використовують обли­цьовувальні, наповнювальні та єдині формові суміші.

Облицьовувальною сумішшю виготовляють робочу поверхню ливарної форми, яка контактує з рідким металом. При формуванні її наносять на модель завтовшки 15...20 мм і виготовляють із свіжих піску та глини з добавкою протипригарних матеріалів.

Наповнювальну суміш насипають зверху облицьовувальної, заповню­ючи остаточно ливарну форму. Цю суміш виготовляють із оборотної, переробленої після вибивання опок, суміші з добавкою 5... 10 % свіжих піску та глини.

Єдині суміші використовують у масовому виробництві при машинно­му формуванні для заповнення всього об'єму ливарної форми. Виготов­ляють їх з оборотної суміші з добавкою до 50% свіжих піску та глини.

За станом форми перед заливанням металом розрізнюють суміші для виготовлення таких форм: сирих, підсушених, сухих, хімічно тверднучих і самотверднучих.

Сирі форми виготовляють з великої кількості оборотної суміші й вико­ристовують для невідповідальних виливків із чавуну, сталі і кольорових сплавів до 3000 кг.

Підсушені (напівсухі) форми виготовляють з облицьовувальної суміші, яка містить 2...4 % швидкотверднучих зв'язувальних закріплювачів. Такі форми використовують для відповідальних виливків із чавуну і сталі з поверхнями значної протяжності (станини, столи верстатів тощо).

Сухі форми виготовляють із суміші з більш високим вмістом глини і меншою кількістю оборотної суміші, тобто більш міцних і менш газопро­никних і піддатливих.

Хімічно тверднучі форми виготовляють із сумішей, які містять рідке скло, швидко тверднуть при продуванні вуглекислим газом. Такі суміші підвищують продуктивність при формуванні в 3...5 разів.

Самотверднучі форми і стрижні виготовляють із рідких самотвердну­чих сумішей (РСС). Опоки і стрижневі ящики заливають сумішшю, в яку вводять хімічні реагенти, що переводять суміш в рідкотекучий стан. РСС добре заповнює всі звивини форми або стрижневого ящика. Відпадає по­треба в ущільненні суміші, оскільки РСС твердне по всьому об'єму при нормальній температурі за 30...40 хв.

3) Виготовлення формових і стрижневих сумішейпочинають з підготов­ки вихідних матеріалів. Кварцовий пісок сушать, просівають і розподіля­ють по бункерах над змішувачем. Глину сушать і подрібнюють. Відпра­цьовану "горілу" суміш регенерують. Грудки її, що спеклися, роздрібню­ють і пропускають через магнітний сепаратор (рис. III. 12, а) для відокрем­лення металевих домішок (каркасів стрижнів, шпильок, жеребейок, сплес­ків металу тощо). Немагнітний барабан 2 обертається навколо нерухо­мого вала з насадженим на ньому електромагнітом 3. Формова суміш 4 конвеєром 1 подається через барабан 2, падає вниз, а металеві доміш­ки 5 притягуються магнітом до стрічки конвеєра і падають за магнітним полем.

Коли всі вихідні компоненти готові, їх змішують у потрібних пропор­ціях у бігунах (рис. III. 12, б). На валу бігунів 6 закріплено траверсу 7 з двома котками 9, які підвішені на маятниках 8. Котки, обертаючись під дією відцентрової сили, відхиляються на маятниках до борта чаші 10. Фор­мувальні матеріали плужками 11 піднімаються з дна чаші під котки, які їх

швидко перемішують.

Зволожена формова суміш конвеєром подається до бункера-відстійника, де вилежує протягом 3...4 год для вирівняння вологості по всьому об'є­му. Потім готова суміш подається конвеєром 12 крізь воронку 13 у аера­тор (рис. III. 12, в), де вона розпушується для підвищення газопроникності. Підхоплювана лопатками 16 суміш з силою б'ється об підвішені ланцюги 14, розпушується і падає на конвеєр 15, який спрямовує її до місця форму­вання.

6.1.2. Ливарні сплави, вимоги, що ставляться до них

1. Ливарні властивості сплавів

Для виготовлення виливків найбільш широко застосовують чавуни з різною формою графіту; вуглецеві та леговані сталі; сплави кольорових металів на основі алюмінію, міді, магнію, титану, молібдену та інших ту­гоплавких металів.

Для виготовлення якісного виливка поруч із механічними, фізичними та хімічними властивостями, ливарні сплави повинні мати ще й ливарні (технологічні) властивості, до яких належать: рідкотекучість, усадка, здат­ність до ліквації та газовбирання.

1) Рідкотекучість - здатність рідкого металу заповнювати щілиноподібні порожнини ливарної форми. Якщо метал рідкотекучий, то він заповнює всю порожнину форми найбільш складної конфігурації, в іншому випадку утво­рюється недолив в щілинних перерізах виливка. Рідкотекучість, наприклад, чавуну і сталі залежить від хімічного складу та температури сплаву. Фос­фор, силіцій та вуглець поліпшують її, а сірка - погіршує. Сірий чавун міс­тить вуглецю більше, ніж сталь, тому має кращу рідкотекучість. Високу рід­котекучість мають такі сплави: сірий чавун, силумін, сплави на цинковій основі; середню - білий чавун, латунь, модифікований чавун; низьку - сталь. Підвищення температури рідкого металу поліпшує рідкотекучість, і чим біль­ше його перегріти, тим більш тонкостінний виливок можна виготовити.

Розраховуючи при проектуванні товщину стінки виливка, треба вра­ховувати рідкотекучість сплаву при оптимальній температурі заливання форми. Мінімальна допустима товщина стінки виливка для різних ливар­них сплавів неоднакова і становить для виливків із сірого чавуну: дріб­них - 3...4 мм, середніх - 8...10, великих - 12...15 мм; для виливків із ста­лі - відповідно 5...7 мм, 10...12 та 15...20 мм.

Рідкотекучість сплаву визначають технологічною пробою - заливан­ням рідкого металу в спіральну канавку (рис. III.2) трапецоїдного перерізу. За міру рідкотекучості сплаву беруть довжину запов­неної частини спіралі (у сан­тиметрах). Якщо заливати ме­тал при різних температурах, то можна знайти для кожно­го сплаву(по заповненій дов­жині спіралі) оптимальну тем­пературу заливання форми.

2) Усадка - зменшення об'є­му металу та лінійних розмірів виливка в процесі його кристалізації та подальшого охолодження в твердому стані. Отже, усадка може бути об'ємною і лінійною. Внаслідок об'ємної усадки під час кристалізації не вистачає металу для заповнення всієї порожнини форми. Проте, оскільки кристалізація поширюється з периферії стінки виливка до її центра, не вистачатиме металу там, де він кристалізується останнім, тобто в центрі масивних перерізів стінки вили­вка. В цьому перерізі утворюється концентрована усадочна раковина у вигляді порожнини (рис. III.3, а). Розміри раковини залежать від об'єм­ної усадки сплаву та температури заливання ливарної форми.

У виливках з сірого чавуну через незначну його усадку утворюються усадочні раковини значно менших розмірів, ніж у сталевих.

Аби уникнути усадочних раковин у виливках (особливо сталевих), слід у ливарній формі створити умови безперервного живлення масивних пе­рерізів виливка рідким металом у процесі кристалізації. Для цього над масивним перерізом виливка утворюють порожнину більшого перерізу. Таку порожнину називають додатком 2 (рис. III.3, о). Додаток має тверд­нути останнім, тоді усадочна раковина 1 утворюватиметься в додатку і відрізатиметься разом з ним від виливка. Щоб забезпечити безперервне живлення виливка рідким металом, твердіння його має бути спрямова­ним від тонких перерізів до товстих і закінчуватись у додатку. Тому тонкі стінки виливка у ливарній формі розташовують унизу, а більш масивні угорі, під додатком. Тоді рідкий метал з додатка буде перетікати у вили­вок під дією власної ваги, а якщо в додаток закласти крейдяний патрон, то під тиском крейда розкладається й виділяє вуглекислий газ, який тис­не на метал і видавлює його з додатка у виливок, що дає змогу зменшити об'єм додатка.

Правильність вибору і розміщення перерізу виливка перевіряють методом вписаних кіл, що викочуються: коло, вписане в будь-який пе­реріз виливка, має вільно перекочуватись у додаток. На рис. III.3, в на­ведено неправильну конструкцію виливка: коло А не може викотитись у додаток. Правильну конструкцію цього самого виливка подано на рис. III.3, г.

Якщо не можна зробити таку конструкцію виливка, яка б тверднула спрямовано, то слід зрівняти швидкість охолодження тонких і товстих перерізів, установлюючи у формі холодильники 3 і 4 (рис. III.3, д).

Холодильники - це металеві вставки, які встановлюють у ливарній фор­мі для прискорення кристалізації товстих перерізів стінок виливка (тоб­то в місцях скупчення металу). Холодильники бувають зовнішні, які встановлюють у стінках ливарної форми для відтворення її зовнішніх об­рисів, і внутрішні, які встановлюють безпосередньо в порожнині ли­варної форми і потім заливають металом. Внутрішні холодильники у ви­гляді шпильок 1 (рис. ІІІ.4, а, б) встановлюють у товстих перерізах порож­нини ливарної форми. їхня маса становить 5... 10 % від маси металу в пев­ній частині виливка. Зовнішні холодильники 2, 3, 4 і 5 (рис. ІІІ.4, в...є) виготовляють з чавуну або сталі, їхній переріз залежить від перерізу ви­ливка.

Лінійна усадка металу виливка відбувається в твердому стані при охо­лодженні до нормальної температури, коли зменшуються лінійні розміри виливка. Виступи ливарної форми та стрижні затримують лінійну усад­ку, внаслідок чого у виливку виникають внутрішні напруження, які мо­жуть призвести до жолоблення виливка або навіть до утворення тріщин. Якщо формова і особливо стрижнева суміші мають достатню піддатливість (див. пункт 7), то ці напруження значно зменшуються. Лінійна усад­ка також може спричинити брак виливка за розмірами, якщо її не враху­вати при виготовленні моделі виливка.

Лінійну усадку різних сплавів вимірюють на тонких горизонтально залитих зразках. Лінійна усадка ливарних сплавів для сірого чавуну ста­новить близько 1 %, для вуглецевої сталі 2 %, для сплавів кольорових металів 1,2... 1,7 %.

Усадки сплаву і виливка з цього сплаву різні за величиною та характе­ром впливових факторів. На усадку сплаву впливають його склад і тем­пература. На усадку виливка впливає передусім усадка сплаву, а також умови, які супроводжують лиття: конструкція виливка (з якою пов'язане нерівномірне охолодження, що призводить до виникнення напружень і деформацій); швидкість охолодження (з якою пов'язаний розподіл усад­ки по об'єму виливка); опір ливарної форми скороченню довжини ви­ливка.

Конструкція виливка впливає на затримання усадки, яке виникає внас­лідок різної швидкості охолодження різностінного виливка. На рис. III.5, а подано ескіз виливка різностінної рамки, яку можна розглядати як два бруски А і В, зв'язані поперечками С. Брусок В має більшу товщину, ніж брусок А. Швидкість охолодження бруска А вища, тому його довжина скорочується швидше від бруска В. Однак бруски пов'язані між собою, що заважає робити вільну усадку, тому в інтервалі високих температур у бруску А виникає пластична деформація розтягу (його скорочення затри­мувалося бруском В), у бруску В - пластична деформація стиску (його стискав брусок А). Коли брусок А охолоне до нормальної температури і його усадка закінчиться, брусок В продовжує скорочуватись і виникають пружні деформації, протилежні за знаком: в бруску А - стиску, а в бруску В - розтягу. Ці внутрішні напруження можуть призвести до жолоблення або тріщин. Такий брак частіше виникає в шківах, маховиках, рамах, ста­нинах тощо. Шківи (рис. III.5, 6) мають тонкий обід і товсті спиці, тому в спицях виникають напруження розтягу, що призводить до тріщини 1 спиці поблизу обода. Маховики (рис. III.5, в) мають товстий обід і тонші спиці, тому в ободі виникають напруження розтягу, що спричинює тріщини в ободі.

Щоб уникнути напружень у виливку, при його конструюванні слід вра­ховувати такі вимоги: відсутність місцевого скупчення металу; правиль­не співвідношення товщин стінок; поступовий перехід від одного перері­зу до іншого.

3) Ліквація- неоднорідність хімічного складу металу виливка за пере­різом. Ліквація негативно впливає на механічні властивості виливка. Роз­різняють дендритну (внутрішньокристалітну), зональну та ліквацію

за питомою вагою.

Дендритна ліквація є наслідком того, що сплави тверднуть в інтервалі температур, тому склад кристалів, які утворилися першими, і тих, що утво­рюються пізніше, буде різним, а дифузія не встигає за браком часу. Цю ліквацію можна усунути дифузійним відпалюванням.

Зональна ліквація виникає внаслідок розподілу лікваційних елементів по перерізу стінки виливка в умовах повільного твердіння при недостат­ній швидкості охолодження. Так, тонкі стінки виливка будуть чисті й од­норідні за складом, у той час як товсті стінки (особливо середина перері­зу) будуть мати ліквацію. У виливках із сталі та чавуну найбільше ліквують сірка, фосфор і вуглець. У крупних виливках із сталі різниця вмісту цих елементів (порівняно з аналізом рідкого металу) становить: сірка 500 %, фосфор і вуглець по 300 %, що дуже позначається на міцністних властивостях. Зональну ліквацію не можна усунути термічною обробкою, тому, якщо немає можливості зробити виливок рівностінним, то слід за­стосовувати спрямоване затверднення виливка.

Ліквація за питомою вагою трапляється у виливках із сплавів кольоро­вих металів (свинцевиста бронза, мідно-алюмінієві сплави) і особливо при повільному охолодженні й недостатньому перемішуванні компонентів під час плавки та заливання форми.

4) Газовбирання- властивість металевих сплавів у рідкому стані (під час перегріву) розчиняти з повітря кисень, азот та водень, які під час охо­лодження в ливарній формі виділяються й можуть утворити у виливку газові раковини. Тому формова та стрижнева суміші мають бути газо­проникними.

Отже, технологічні ливарні сплави повинні мати хорошу рідкотекучість,

малу усадку й не утворювати ліквацію.

Поиск по сайту: