Как получают высококачественные отливки
Продуктивная работа литейного цеха в огромной степени зависит от технолога. С него начинается процесс литья, его опыт и квалификация оказывают помощь литейщикам превращать расплавленный металл в отличные отливки.
Начиная разработку технологического процесса литья, технолог создаёт анализ конструкции подробности. Наряду с этим различают конструкции подробностей технологичные и нетехнологичные. Технологичные конструкции подробностей отличаются достаточной и равномерной толщиной стенок, отсутствием резких переходов между отдельными элементами.
Это разрешает относительно легко взять для них качественные отливки приёмами литья и существующими методами.
Но часто видятся конструкции подробностей с отклонениями от вышеуказанных требований. Получение качественных отливок для таких подробностей быть может, но сопряжено с необходимостью применения особых технологических мероприятий. В случае если конструкция подробности вовсе не технологична (отличается заниженными толщинами стенок, исключающими возможность изготовления отливки из данного литейного сплава либо данным методом литья), технолог ставит вопрос перед конструктором о ее трансформации либо вправе отказаться от разработки разработки получения отливки.
Какие конкретно особые технологические мероприятия имеет технолог в собственном распоряжении, дабы независимо от качества конструкции подробности приобретать отличные отливки?
Продемонстрируем это на конкретных примерах.
Получение отливок для подробностей конструкция которых отличается неоднородной наличием и толщиной стенок массивных мест, достигается в наше время применением наружных либо внутренних холодильников. С их помощью удается выровнять скорость охлаждения отдельных частей отливки. Наружные холодильники являются чугунные либо металлические элементы (бруски, диски и т. п.).
Они устанавливаются на протяжении изготовления песчаной формы на части моделей, образующих массивные места отливок. В качестве наружных холодильников, помимо этого, применяют высокотеплопроводные вставки, сделанные из неестественного блочного графита, и особые формовочные смеси, в состав которых входит много (до 70%) чугунной дроби.
Внутренние холодильники в виде гвоздей, кусков металлической проволоки, прутков и фасонной арматуры из металлической проволоки устанавливают в полости изготовленной формы при подготовке ее к заливке и так снабжают местное захолаживание отдельных массивных мест отливки.
В один момент с местным захолаживанием в практике работы литейных цехов видятся случаи применения местного утепления. Оно предназначено для замедления скорости охлаждения самые тонких мест и тем самым снабжает одновременное охлаждение всех частей отливки. Местное утепление осуществляется установкой в песчаную форму вставок из пеношамота, силикатов, асбеста и гипса, и созданием совокупностей продувки нагретого воздуха через места формы, образующие тонкостенные части отливки.
В случае если учесть, что для получения качественной отливки нужно создать определенную степень за-холаживания массивных либо подогрева узких ее мест, то делается очевидной сложность утеплителей и применения холодильников, которая связана с теплофизи-ческим расчетом их массы.
Вместо технически несовершенного способа ветхих мастеров «качания» доходов в современных фасонносталелитейных цехах надежное питание массивных мест больших металлических отливок обеспечивается применением. доходов, трудящихся под повышенным газовым давлением. Давление создается за счет установки на гвоздях в полость закрытой прибыли патрона газового заряда, представляющего собой керамическую коробочку с мелом.
Образующийся наряду с этим углекислый газ вытесняет расплав из полости прибыли и, так, снабжает принудительное питание формирующейся отливки. Громадная эффективность способа наглядно демонстрируется большим количеством усадочной раковины, обнаруживаемой по окончании отрезки прибыли от отливки.
Еще более действенными являются прибыли, оформляемые в стержнях, сделанных из экзотермической смеси. На Уральском заводе тяжелого машиностроения используется экзотермическая смесь, в состав которой входят (в весовых процентах): порошок алюминия — 2,8. 75-процентный ферросилиций — 4,3, древесные опилки — 7,6, окалина (окислы железа) — 6,2, древесный уголь — 56,5, жидкое стекло — 22,6.
Содержащийся в смеси термит (порошок алюминия + окислы железа) загорается по окончании заливки стали в форму и, выделяя много тепла (температура металла в прибыли увеличивается на 100-4-300°), снабжает хорошее питание остывающей отливки. Маленький размер прибыли наряду с этим обусловливается тем, что до конца формирования отливки (данный процесс на рис. 2 продемонстрирован линиями-слоями кристаллизующегося расплава, именуемыми изосолидусами) отсутствует питания и процесс остывания самой прибыльной части. Подсчитано, что 1 т экзотермической смеси экономит в среднем 11 т жидкой стали, а на очень большом металлическом литье — до 20 т.
Рис. 1. Прибыль с газовым зарядом.
Рис. 2. Прибыли для металлической отливки:
а) — открытая; б) — грамотный стержнем из экзотермической смеси: 1 — прибыль; 2 — усадочная раковина; 3 — стояк литниковой совокупности; 4 — форма; 5 — экзотермический стержень.
Конструкции литых цилиндров, стопорных клапанов, паровых и сопловых коробок из жаропрочных сталей в большинстве случаев отличаются разностепенностыо и наличием массивных мест. Для получения качественных отливок для таких подробностей литейщики применяют принцип направленной кристаллизации расплава в форме, при котором более узкие нижерасположенные сечения питаются из вышерасположенных более массивных I элементов отливок и расплавом из прибыли.
Но принцип направленной кристаллизации не всегда помогает. Так, при получении с его помощью отливки паровой коробки (ее размер 965X816X600 мм и масса 600 кг) в предприбыльной территории и сочленениях патрубков наблюдалась усадочная пористость, а в термических узлах — раковины. Замеры температурных полей продемонстрировали, что недалеко от питания (около прибыли) расплав при затвердевании отливки был тёплой, чем в слоях, лежащих выше.
Следовательно, средняя территория не приобретает достаточного питания.
Качественные отливки были взяты при заливке формы с поворотом ее на 100—105° при помощи намерено созданного кантователя. Поворот формы обеспечил надежное питание отливки из закрытой прибыли, в которую подводился расплав на протяжении заливки.
Рис. 3. Кантователь литейной формы:
1 — поворотная железная рама; 2 — форма; 3 — цементный фундамент; 4 — основание кантователя; 5 — роликовые опоры; 6 — механизм поворота с электродвигателем.
На рис. 4 представлен современный экономичный способ литья, в котором применена установка для поворота формы. Данный способ осуществлен на Коломенском тепловозостроительном заводе при отливке
коленчатых валов двигателя тепловоза ТЭ-3 массой 1450 кг из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Форма устанавливается для заливки наклонно под углом 7 : 8° к горизонту, а по окончании заполнения расплавом через чашу 2 поворачивается на опорах 3. на 90°. формирование отливки и Кристаллизация расплава происходят в вертикальном положении.
Такая разработка разрешила сократить число доходов до одной, тогда как в стационарной форме их устанавливали на каждом колене вала.
Усложненные способы литья литейщикам приходится кроме этого использовать из-за нетехнологичности литейного сплава, назначенного чтобы получить деталь. Учитывая склонность и низкую жидкотекучесть к повышенной усадке особых легированных сталей, и сплавов на базе титана и других редких металлов, в отдельных литейных цехах используют особые конструкции форм, выполненных заодно с заливочным ковшом. Для постепенного поворота форма снабжается приводом.
С той же целью заливку таких сплавов ведут во вращающиеся центробежной машиной формы, а также в формы, нагретые до высокой (850—900°) температуры, что имеет место при литье в неразъемные керамические формы, приобретаемые по выплавляемым моделям.
Рис. 4. Поворотная форма для отливки коленчатого вала:
а) — на протяжении фаливкн; б) — в ходе формирования отливки.
Алюминиевые сплавы склонны к усадочной пористости, которая выражается в виде небольших пор, распределенных по всей массе отливки. Советские ученые академик А. А. профессор и Бочвар А. Г. Спасский внесли предложение способ получения плотных алюминиевых отливок методом заливки литейных форм в автоклаве.
Автоклав представляет собой металлическую цилиндрическую камеру, в торцовых стенках которой предусмотрены створки для извлечения и ввода литейных форм (это делается посредством рольганга), и заливочные люки, расположенные в потолке автоклава. По окончании ее заливки и введения формы расплавом створки и заливочные люки автоклава герметически закрываются, и в нем создается давление, достигающее 4— 6 ат.
Это давление поддерживается до полного затвердевания отливки, по окончании чего сжатый воздушное пространство из автоклава производят, а форму выкатывают и заменяют новой. Давление сжатого воздуха, действуя на металл доходов, мешает выделению газов из жёсткого раствора расплава, благодаря чему всецело устраняется брак по усадочным и газовым раковинам. Учитывая трудоемкость заливки форм в автоклаве, ее используют лишь при получении очень важных отливок авиационного назначения.
Для получения отличных отливок сейчас стали применять суспензионный способ заливки. Он отличается тем, что в струю заливаемого в форму расплава вводится регулируемое количество микрохолодильников. При получении чугунных отливок в качестве микрохолодильников используют дробь из чугуна того же состава, а при получении металлических и алюминиевых отливок — порошки, родные по крис-таллофизическим чертям обрабатываемому сплаву.
Микрохолодильники благодаря понижению температуры расплава уменьшают развитие и усадку усадочных недостатков, измельчают структуру массивных чугунных отливок, ликвидируют столбчатую структуру, осевую пористость, горячие трещины и ликвацию в металлических отливках, улучшают структуру отливок из алюминиевых сплавов.
Большое количество внимания уделяют литейщики автоматизации управления тепловыми процессами литья. Автоматизация процессов затвердевания больших металлических отливок (массой до 100 т) с толщиной стены до 80 мм проводится для увеличения плотности. Она происходит при кристаллизации расплава и формировании отливок с так называемой критической скоростью затвердевания (35—40° в 60 секунд).
Для отливок со стенками более 80 мм управление процессами затвердевания и их стабильность достигаются принудительным охлаждением.
Предложенная у нас установка для принудительного охлаждения представляет собой многослойную форму, складывающуюся из прослойки формовочной смеси и элементов охлаждения, выполненных в виде целых массивных либо тонкостенных полых холодильников. Через полости холодильников пропускается воздушное пространство, воздушно-водяная смесь либо вода. Создание оптимальных тепловых процессов затвердевания в аналогичной установке достигается за счет варьирования толщин слоя холодильника и формовочной смеси, и установления оптимальной температуры заливки расплава.
Интенсивность охлаждения существенно увеличивается при подаче в элементы охлаждения воздушно-водяной смеси, создающей испарительное охлаждение. Для подачи в совокупность охлаждения требуемого количества воды в ЦНИИТмаше создана и внедрена на Южно-Уральском машиностроительном заводе особая установка. Она складывается из реле времени (по которому задаются режимы подачи воды и воздуха), двух электромагнитных вентилей, машинально включающих и выключающих подачу воды и воздуха, восьми системы труб и водопроводных вентилей и шлангов для подвода воды и воздуха.
Предложенный способ в один момент разрешает в 15-20 раз сократить длительность затвердевания отливок и позволяет регулировать тепловые процессы в отливках с громадной толщиной стены (до 300—330 мм).
При необходимости придать отливкам особые особенности в литейных цехах используют поверхностное легирование отливок. Сущность способа пребывает в том, что на рабочую поверхность литейной формы либо ее части наносится слой краски, сухой порошок либо облицовочная смесь, которые содержат легирующие элементы. На протяжении заливки формы расплавом и во время протекания процесса его кристаллизации происходит насыщение поверхности отливки легирующими элементами, благодаря чему ее свойства и структура изменяются в требуемом направлении.
Применяемые для поверхностной обработки отливок легирующие элементы делятся на карбидообра-зующие и графитизирующие. Карбидообразую-щие легирующие элементы (хром, теллур, углерод, марганец и др.) используются для увеличения износостойкости отливок, а графитизирующие (кремний, титан, алюминий и др.) — с целью устранения отбела, уменьшения внутренних напряжений, и улучшения обрабатываемости отливок.
На Горьковском автозаводе поверхностному легированию теллуром подвергались чугунные шнеки дробеструйных автомобилей, трудящиеся в условиях сильного абразивного износа. Теллур наносился на рабочую поверхность формы в виде краски (50% теллура в порошке, 35% декстрина и 15% бентонита). Вода добавлялась до плотности краски 1,35—1,4 г/см3.
Такое поверхностное легирование, которое связано с увеличением скорости кристаллизации расплава в форме, увеличивало срок работы шнеков в 7—10 раз.
Поверхностное легирование алюминием разрешило быстро снизить брак по отбелу при получении отливок блока цилиндров автомобильного мотора на том же заводе.
Сочетание карбидообразующих и графитизирую-щих легирующих элементов разрешает регулировать глубину отбеленного слоя, формирует условия с целью проведения направленной кристаллизации расплава при формировании отливки, улучшающей механические и эксплуатационные особенности литых подробностей.
Увеличение твердости подробностей несложной геометрической формы — втулок, гильз, шестерен и т. п. — возможно осуществлять методом закалки отливок сразу же по окончании их извлечения из формы. Сейчас они еще сохраняют достаточно большую температуру, и, следовательно, излишне намерено нагревать их под закалку. Для уменьшения опасности и снятия напряжений образования трещин в качестве закалочной среды используется тёплая вода.
Процесс закалки чугунных отливок из опоки не требует особого оборудования и возможно освоен в каждом литейном цехе.
Высоко оценивая роль технолога, направляться, но, иметь в виду, что продуктивность его работы вероятна лишь при наличии постоянного и тесного содружества с мастерами, опытными рабочими и конструкторами-литейщиками, которое разрешает совершенствовать технологические процессы литья. Содружество технолога с работниками цеха разрешило создать новые конструкции накладных, беззнаковых, разделительных и снабженных совокупностью отсоса газов стержней, и стержней особого назначения, что обогатило разработку получения отливок и расширило ее возможности.
При применении толстостенных песчано-глинистых форм, в то время, когда в них устанавливаются массивные объемные стержни, сделанные из песчано-глинистых, жидкостекольных либо самотвердеющих смесей, весьма действенно снабжение стержней совокупностями отсоса газов, которая разрешает избежать в отливках газовых раковин. Стержни особого назначения ликвидируют брак отливок по шлаковым, песчаным и усадочным раковинам, снижают расход расплава на прибыли и трудоемкость их отделения от отливок. Применение разделительных стержней разрешает в два раза повысить колличество приобретаемых в форме отливок.
Результатом творческого содружества технолога-литейщика с конструктором явились образцы отличных сверхсложных литых металлических подробностей громадной массы (100 т) с толщиной стенок 50 мм, с сверхсложными полостями, каковые были представлены пара лет назад на выставке «литьё и Конструирование» в ФРГ. Успешному освоению их производства содействовало яркое участие литейщиков в конструировании.
Изюминкой производства этих отливок была тщательная проработка конструкций всех узлов, снабжающая условия направленного их затвердевания, и создание открытых сложных внутренних полостей отливок. Последнее достигалось исполнением в отливках окон, каковые потом закрывались при помощи электросварки литыми заглушками соответствующей конфигурации. По заявлению компаний, тесное сотрудничество технолога и конструктора-литейщика разрешает приобретать громадную экономию и материалов при разработке новых конструкций автомобилей.
Рис. 5. Два метода оформления прилива в отливке:
а) — применением накладного стержня; б) — простановкой опорного стержня 2 при сборке формы.
Рис. 6. Форма с беззнаковыми стержнями:
1 — кристаллическне фиксирующие вставки; 2 — фиксирующие болты; 3 — постоянный железный символ; 4 — полуформы; 5 — беззнаковые песчаные стержни.
Рис. 7. Литейная форма со стержнем, снабженным совокупностью отсоса газов:
1 — полуформы; 2 — штуцер для подключения к вакуум-насосу; 4 — трубка с отверстиями; 5 — песчаный стержень; 6 — полость формы.
Рис. 8. Стержни особого назначения:
1 — усиливающий символ центрового массивного стержня; 2 — перекрывающий; 3 — разделительный; 4 — образующий легко отделимую прибыль; 5 — создающий в прибыли давление; 6 — сетка-фильтр для улавливания шлака при заливке формы расплавом; 7 — образующий прибыль (из экзотермической смеси); 8 — литниковый
Наглядным примером успешного творческого сотрудничества конструктора с технологом являются уникальные ответы, в которых предусмотрено объединение нескольких небольших подробностей в одной комплексной отливке. Таковой прием снабжает экономию сплава на литниковую совокупность, сокращает трудоемкость механической обработки и литейных работ, поскольку в этом случае плоскости нескольких отливок возможно обрабатывать с одной установки до разрезки комплексной заготовки.
Крышка ранее отливалась в песчаной толстостенной форме из магниевого сплава МЛ5. По окончании объединения 15 подробностей в комплексной отливке крышки приобретают более рациональным способом литья в железном кокиле. Спаренная заготовка рычага отливается из чугуна марки СЧ18-36 и по окончании расточки отверстия разрезается на две части. Разрезка комплексной алюминиевой (сплав АЛ2) отливки поводка производится по окончании сверления отверстий, и верха бобышки и торцовки основания.
Комплексная заготовка медного (Бр.АЖ9-4) корпуса по окончании торцовки и сверления основания разрезается на три части.
Рис. 9. Разработка отливки колес:
Рис. 10. Комплексные отливки:
а) – крышка; б) – рычаг; в) – поводок; г) – корпус.
Перечисленными примерами, само собой разумеется, не ограничивается область применения особых технологических мероприятий, используемых в современных литейных цехах для снижения качества и повышения отливок их себестоимости. К ним направляться кроме этого отнести использование особых литниковых совокупностей (щелевых, дроссельных, с подводом металла на нескольких уровнях и др.), снабжение литейных форм сигнализаторами уровня залитого в них расплава, заливка расплава в форму через вибрирующее устройство с воронкой либо желобом, введение в формовочные смеси восстановительных добавок (серный цвет, фтористая присадка и др.) при получении отливок из магниевых сплавов и много других.
