Раздел 1. Общие сведения о технологическом оборудовании

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

“Машины и оборудование”

для Очн формы

 

Часть I

 

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ

РАЗДЕЛ 2. ЛИТЕЙНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

 

Уфа 2003…8

ВВЕДЕНИЕ

В дисциплине "Машины и оборудование машиностроительных предприятий" изучаются основное и вспомогательное оборудование, с помощью которых осуществляются технологические процессы получения заготовок и деталей машин. Знание устройства машин и оборудования, их технических возможностей, производительности позволяет:

- разрабатывать технологию изготовления изделий;

- планировать производство;

- проводить организационно-управленческие мероприятия;

- рассчитать экономическую эффективность;

- определить технико-экономические характеристики;

- производить рациональный выбор оборудования в зависимости от конкретных производственных условий.

Таким образом, целью изучения данной дисциплины является получение
знаний об устройстве и назначении основных видов современного
технологического и подъемно-транспортного оборудования, его
производительности и экономической эффективности и целесообразности
применения.

По назначению технологическое оборудование машиностроения делится на следующие виды:

- литейное;

- кузнечно-прессовое;

сварочное;

- механообрабатывающее;

- грузоподъемные машины и механизмы.

Пути совершенствования технологического оборудования

 

Основой научно-технического прогресса в различных отраслях экономики является совершенствование существующих и разработка новых технологических процессов с использованием высокоэффективного технологического оборудования. Именно технологическое оборудование является активной самовоспроизводящейся частью основных фондов машиностроительных предприятий и оно обеспечивает изготовление любых видов новых машин и приборов.

Совершенствование производства технологических машин осуществляется на базе их стандартизации, унификации и агрегатирования.

Стандартизация – установление единых норм и требований, предьявляемых к сырью, полуфабрикатам, готовым изделиям и материалам. Важнейшим принципом стандартизации является применение при проектировании новых машин предпочтительных чисел (ГОСТ 8032-84) и нормальных линейных размеров (ГОСТ 6636-69), на основе которых для однотипных машин построены параметрические ряды размеров, мощности, давления, норм точности и т. д.

Унификация осуществляется на базе стандартизации и заключается в приведении множества разных существующих конструкций однотипных машин, узлов и механизмов к целесообразному минимуму.

Агрегатирование - способ создания машин из унифицированных узлов -агрегатов.

Внедрение размерных рядов технологического оборудования при их проектировании, использовании унифицированных узлов, деталей и в целом агрегатов при их изготовлении делает производство более эффективным. Так как при этом ускоряется их проектирование, внедрение передовой технологии, облегчается комплексная механизация и автоматизация производственных процессов.

Качество технологического оборудования оценивается по технико-экономическим показателям, по которым проводят сравнительную оценку технического уровня машин и агрегатов.

Основные технико-экономические показатели технологичес-

Кого оборудования

 

К технико-экономическим показателям относятся эффективность, производительность, точность, надежность, гибкость.

Эффективность наиболее полно отражает главное назначение технологического оборудования - повышать производительность труда при изготовлении деталей (заготовок), одновременно снижая его затраты.

Эффективность оборудования (шт/руб) Э = N/∑С, где N - годовой выпуск изделий, шт;

∑С - сумма приведенных годовых затрат на их изготовление. При проектировании или подборе оборудования стремятся к максимальной эффективности, т. е. Э = N/∑С —>mах.

Если задается годовая программа выпуска то это условие приводится к минимуму приведенных затрат, т. е. ∑С —>min.

При этом сравнение степени эффективности двух вариантов технологического оборудования ведут по разности приведенных затрат:

P = (∑С)₁ - (∑С)₂,

где индекс "2" относится к более совершенному варианту оборудования по сравнению с базовым (индекс "1").

Производительность технологического оборудования определяет ее способность обеспечить изготовление определенного числа деталей в единицу времени.

Штучная производительность Q = T₀/T,

где Т₀ - годовой фонд времени с учетом затрат на ремонт, техническое обслуживание;

Т - полное время всего цикла изготовления детали.

Точность технологического оборудования оценивается точностью изготовления деталей на этом оборудовании. При этом различают геометрическую и кинематическую точность технологического оборудования. Геометрическая точность определяется точностью взаимного расположения узлов машины при отсутствии внешнего воздействия. Она зависит от точности изготовления базовых деталей и от качества сборки машины. Ее нормируют в зависимости от требуемой точности изготовления деталей. Кинематическая точность особенно важна для технологического оборудования, в котором сложные движения требуют согласования скоростей нескольких простых движений. Особое значение кинематическая точность имеет для зубообрабатывающих, резьбонарезных и других станков.

Жесткость технологического оборудования определяется способностью противостоять возникновению упругих перемещений под действием постоянных или медленно изменяющихся во времени силовых воздействий и представляет собой j = δ/ F, где F - сила, действующая на узел технологического оборудования; δ - упругая деформация.

Податливость величина обратная жесткости с = 1 / j= δ / F.

В зависимости от требуемой точности изготовления деталей жесткость несущей системы технологического оборудования должна обеспечить упругое перемещение инструмента и заготовки в заданных пределах.

Надежностью технологического оборудования называется его свойство обеспечивать бесперебойный выпуск годной продукции в заданном количестве в течение определенного срока его службы в заданных условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортировки. Надежность характеризуется:

- безотказностью;

- долговечностью;

- ремонтопригодностью;

- техническим ресурсом.

Безотказностъ - способность технологического оборудования непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени, т. е. работать без отказов между техническим обслуживанием или ремонтом.

Долговечностъ - свойство технологического оборудования сохранять работоспособность с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонта до наступления предельного состояния или износа.

Ремонтопригодностъ заключается в возможности легко и быстро обнаружить неисправности или отказы и легко восстанавливать работоспособное

состояние путем проведения технического обслуживания или ремонта.

Технический ресурс - это наработка оборудования в часах от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего и капитального ремонта до перехода в предельное состояние.

Гибкостъю технологического оборудования называют его способность к быстрому переналаживанию для изготовления других, новых изделий. Гибкость определяется: универсальностью; переналаживаемостью. Универсалъностъ определяется числом разных изделий, подлежащих изготовлению на данном оборудовании, т. е. номенклатурой. При этом отношение годового выпуска деталей N к номенклатуре И определяет серийность изготовления S = N/И. Целесообразная гибкость технологического оборудования определяется номенклатурой изготовляемых деталей.

Переналаживаемостъ определяется потерями времени и средств на переналадку технологического оборудования при переходе от одной партии деталей к другой и зависит от числа партий деталей Р, изготавливаемых на данном оборудовании в течение года.

При этом средний размер партии р связан с характером производства и переналаживаемостью оборудования р = N/Р.

ВВЕДЕНИЕ

 

Литейное производство занимает ведущее положение в производстве заготовок деталей для всех отраслей современного машиностроения. Литейное производство—основная заготовительная база машиностроения. Литые заго­товки являются наиболее дешевыми, имеющими минималь­ный припуск на механическую обработку.

При изготовлении машин на отливки приходится в среднем более 20 % их себестоимости и трудоемкости. Такое его значение объясняется целым рядом серь­езных преимуществ перед другими способами получения заготовок, среди которых первым следует назвать возможность изготовления отливок практически любой конструктивной сложности; вторым — возможность получения заготовок—отливок с минимальным объемом механической обработки, требуемой для получения готовой детали, и третьим, вытекающим из двух первых—обеспечение наиболее высокого коэффициента использования металла (Квт) при изготовлении деталей машин.

Отливки изготавливаются из самых различных литейных сплавов, удовлетворяющих определенным требованиям в отношении необходимого уровня их литейных свойств.

В нашей промышленности существуют различные технологические процессы получения заготовок методом литья. Самым распространенным и универсальным является литье в разовые песчаные формы. Используется также литье в разовые керамические формы и в постоянные металлические формы. Изготавливаются отливки методом литья под давлением, центробежным способом и др. Все эти технологические процессы литья имеют определенные возможности и области применения.

Качество продукции машиностроения не может улучшаться без соответствующего качественного роста литейного производства, а с другой стороны — без овладения научными основами литейного производства конструкторами, технологами-металлургами, и технологами-машиностро-ителями.

Огнеупорные материалы

		Классификация по огнеупорности по огнеупорности
Наименование материала	Химическая формула	Наименова­ние класса	Температурный предел, °С
Тальк Пирофиллит Ставролит	ЗМg0·4SiO2 · Н20 А120з ·4SiO2· Н20 2А120з ·2SiO2 FeO · Н20	Мало огнеупорные	до 1580
Кварцевый песок Пылевидный кварц Плавленый кварц Шамот Хромит	SiO2   Cмесь А12О3 и SiO2 Сг2Оз · FеО	Огнеупор­ные	1580— 1770
Магнезит	Mg·СО3	Высоко­огнеупор­ные	1770— 2000
Дистенсиллиманит	А120з· SiO2
Оливин	2(А1,Fе)О ·SiO2
Дунит	ЗМgО -2Si О 2 ·2Н2О
Хромомагнезит	Смесь Сг2О3 и МgО	Высшей огнеупор­ности	выше 2000
Электрокорунд Циркон	Al2О3 (плавленая) Zг02 *Si02

Формовочные глины представляют собой водные алюмосиликаты или соли поликремниевых кислот общего вида

п К₂0 • m Аl₂Оз • l SiO₂ • b Н₂О + g Н₂0,

где п, т, I, b, g — коэффициенты, изменяющиеся в зависимости от минералогического состава глины в пределах от 0 до 6.

Связующая способность глин зависит от минералогического состава и степени измельченности; чем мельче частицы глины, тем выше ее связующая способность.

Жидкое стекло является коллоидным водным раствором силиката натрия общего состава Na₂O·nSiO₂ (упрощенно Nа₂Si₂O₅). Здесь n~2—3. При применении жидкого стекла наиболее широкое распространение получил СО₂ — процесс, при котором упрочнение смесей происходит продувкой газообразной углекислотой. Между жидким стеклом, содержащим воду, и углекислым газом идет реакция:

Nа₂Si0_з + 2Н₂О + СО₂® Si (ОН)₄ + Nа₂СО_з,

в результате, которой образуется гель кремнекислоты, связывающий между собой частицы огнеупорной основы смеси.

В литейном производстве в качестве связующих материа­лов все большее распространение находят синтетические смолы: формальдегидные, карбамидные, фурановые, полиэфирные и некоторые другие, а также многочисленные их сочетания.

Специальные добавки предназначены для улучшения технологических и рабочих свойств смесей и отделочных материалов. С этой целью в формовочные смеси дополнительно вводят молотый каменный уголь, мазут, древесные опилки, торфяную или асбестовую крошку, различные поверхностно-активные вещества и другие материалы.

Приготовление формовочных и стержневых смесей состоит в смешивании предварительно подготовленных состав­ляющих на специальном оборудовании (бегуны, шнековые смесители и т. п.).

Основными свойствами формовочных и стержневых смесей являются: прочность на сжатие и разрыв, поверхностная прочность или осыпаемость, газопроницаемость, газотворность, гигроскопичность, формуемость, текучесть, уплотняемость, выбиваемость. Все они контролируются на соответствующих приборах по стандартным методикам.

Составы и уровни свойств смесей назначают в зависимости от характера технологического процесса.

Ручная формовка применяется при единичном производстве отливок (ремонтное литье, уникальные единичные отливки). Например, необходимо изготовить отливку, эскиз которой представлен на рис. 2.3, а. Модель чаще изготавливают из дерева, как наиболее дешевого легко обрабатываемого материала. Размеры модели должны быть больше размеров отливки на величину литейной усадки металла и припуска на механическую обработку (если таковая предусмотрена).

В рассматриваемом случае наиболее простой является формовка по цельной, неразъемной модели. Модельные плиты могут быть деревянными или легкими металлическими. Модель 1 устанавливается на модельную плиту 2, где помещают опоку 3 (рис. 2.3, б). Поверхность модели и плиты посыпают разделительным составом (сухим песком) для уменьшения прилипания смеси к оснастке. Затем на модель насыпают формовочную смесь, уплотняя ее трамбовкой (ручной или пневматической). Уплотнение повышает прочность формовочной смеси. После уплотнения смеси счищают "ее излишки, опоку вместе со смесью и моделью снимают с модельной плиты, одновременно поворачивая полуформу на 180°, в нескольких местах ее прокалывают стальной проволокой с заостренным концом (душником) для создания вентиляционных каналов. На перевернутую опоку устанавливают вторую опоку 4 таких же размеров в свету, модели стояка с воронкой 5 и выпора 6 (рис. 2.3, в), после чего "в опоку насыпают формовочную смесь и уплотняют ее.

Рис. 2.3. Эскиз отливки (а); технологических операций фор­мовки (б, в) и собранной формы (г – вид сверху при снятой верхней форме): 1 – модель; 2 – модельная плите; 3 – опока нижняя; 4 – опока верхняя; 5 – модель стояка с чашей; 6 – модель выпора; 7 – каналы вентиляционные

 

По расположению при заливке формы металлом эта опока называется опокой верха. В верхней полуформе душником накалывают вентиляционные каналы 7. Далее из формы уда­ляют модели отливки, стояка, и выпора. Для этого после извлечения моделей стояка и выпора снимают верхнюю полуформу, одновременно поворачивая ее на 180°. Модель, находящуюся в нижней полуформе, осторожно расталкивая, извлекают. От отпечатка модели стояка в нижней полуформе вручную прорезают канал, через который во время заливки жидкий металл пойдет от стояка в полость формы. Подобный канал прорезают и к выпору. Устраняют возможные дефекты формы, возникшие при извлечении моделей и других операциях, обдувают обе полуформы сухим сжатым возду­хом для удаления возможного засора и производят сборку формы. Готовая форма показана на рис. 2.3, г. Для получения более высокого качества поверхности отливок используют два вида формовочной смеси: облицовоч­ную и наполнительную. Облицовочной смесью формируют слой формы толщиной 10…50 мм, с которым непосредственно соприкасается жидкий металл во время его заливки и последующего охлаждения. Для уменьшения физико-химического взаимодействия между металлом и материалом формы в состав облицовочной смеси вводят более огнеупорные материалы.

Кроме рассмотренного способа применяется формовка в почве, в двух опоках с разъемной моделью, с отъемными частями модели, по шаблонам, по контрольным сечениям и др.

Кроме уплотняемых смесей в настоящее время применяют жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС). Опоки или стержневые ящики заполняются смесью, способной течь подобно жидкости. Вместо обычного уплотнения трамбовкой применяется небольшое доуплотнение вибрацией на специальном вибростенде. Вследствие наличия в составе смеси материалов, инициирующих процесс отверждения связующего, формы и стержни затвердевают и через некоторое время приобретают прочность, достаточную для осуществления дальнейших технологических операций.

Машинная формовка применяется для повышения производительности труда и точности отливок. Существует боль­шое разнообразие формовочных машин, упрощенная классификация которых приведена в табл. 2.3. На заводах массового производства (автомобильных, тракторных и др.) действуют автоматизированные формовочные линии. На рис. 2.4 приве­дены схемы некоторых формовочных машин.

Таблица 2.3

Специальные способы литья

Отличительными особенностями отливок, получаемых спе­циальными способами, по сравнению с литьем в песчаные формы, являются, как правило, их более высокая точность, лучшее качество поверхности, меньшие величины припусков на механическую обработку.

Литье в кокиль. Кокиль—это литейная форма, изготов­ленная из металла. Основные достоинства кокилей по сравнению с песчаными формами — более высокие произво­дительность труда, точность отливок, качество их поверх­ности.

Кокили бывают неразъемные (вытряхные) и разъемные (рис. 2.6). Все применяемые типы кокилей могут быть одногнездные и многогнездные (т. е. для получения одной отливки или нескольких), немеханизированные (ручные), механизированные, автоматизированные и автоматические. Материалы, используемые для изготовления кокилей, должны хорошо противостоять термическим ударам, возни­кающим при заливке металла, иметь высокие механические свойства при повышенных температурах, хорошо обрабаты­ваться, быть недефицитными и недорогими. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяет чугун, иногда используют сталь, алюминиевые и другие сплавы. Для мелких отливок из чугуна и стали материалом кокилей является чугун, леги­рованный хромом и никелем. Кокили для средних и круп­ных отливок из черных сплавов изготавливают из сталей, легированных хромом, молибденом и никелем. Формы для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов выполняют из серого чугуна, а также из алюминиевых сплавов.

 

Рис. 2.6. Разновидности кокилей: а— вытряхной; б— с горизонтальной плоскостью разъема; в — с верти­кальной плоскостью разъема; г— створчатый с верти­кальной плоскостью разъема; д — створчатый с гори­зонтальной плоскостью разъема

Удаление газа из рабочей полости кокиля во время за­ливки металла осуществляется по разъему формы. Кроме этого, в плоскости разъема делают специальные каналы, а в стенках формы — вентиляционные пробки, через которые дополнительно удаляется газ.

Подвод металла в кокилях осуществляют сверху, снизу (сифоном) или сбоку через щелевые питатели. При подводе металла сверху возможно его разбрызгивание в полости формы. Поэтому такой подвод осуществляется для неслож­ных отливок, имеющих небольшую высоту.

 

Рис.2.7. Кокиль с зигзагообразным стояком и щелевым питателем.

 

При подводе ме­талла снизу (сифоном) металл поступает плавно (рис. 2.7). Для ослабления удара падающей струи применяют зигзаго­образные стояки.

Для предотвращения физико-химического взаимодей­ствия металла с формой на рабочую поверхность кокиля на­носят огнеупорное покрытие (кистью или пульверизатором). Полости, выполняющие литниковую систему, выпоры, прибыли и т. п., окрашивают более толстым слоем краски или покрывают специальными обмазками, чтобы предотвратить чрезмерное охлаждение металла при движении в каналах литниковой системы. В качестве огнеупорной основы красок используют пылевидный кварц, шамот, графит, окись цинка, тальк и другие материалы, связующим чаще всего является жидкое стекло. При литье сплавов на основе титана на ра­бочие поверхности кокилей напыляют плазменным методом вольфрам и молибден. При литье чугунных отливок хоро­шие результаты наблюдаются, если кокиль коптят ацетиле­новым пламенем.

Перед заливкой металла кокиль должен быть подогрет до необходимой температуры.

Литье по выплавляемым моделям. Сущность способа со­стоит в получении специальных моделей из легкоплавких материалов, сборке их в блоки, покрытии модельных бло­ков огнеупорной оболочкой, удалении моделей, прока­ливании оболочковых форм и заливке в них жидкого металла. К преимуществам литья по выплавляемым мо­делям относят возможность получения сложных отли­вок из разнообразных спла­вов, в том числе трудно обрабатываемых резанием и ковкой.

Перевод поковок на литье по выплавляемым мо­делям, например, снижает трудоемкость механической обработки на 30…80 %, по­вышает коэффициент использования металла, снижает себестоимость изготовления деталей. Литьем по выплавляемым моделям получают отливки массой до 100 кг. Разберем более подробно некоторые этапы этого метода формообразования.

В зависимости от механизмов удаления моделей из оболочек их материалов можно разделить на выплавляемые, растворяемые и выжигаемые. Наиболее широко распространенные составы выплавляемых моделей содержат парафин, стеарин, буроугольный и торфяные воски(битумы), этилцеллюлозу, натуральный и синтетический церезин. Основными составляющими растворяемых моделей являются: карбамид, азотные и азотно-кислотные соли щелочных металлов и некоторые другие вещества. К третьей группе модельных материалов следует отнести вспенивающиеся и компактные термопласты.

Изготовление моделей осуществляют свободной заливкой расславленного модельного состава обычно в металлические пресс-формы, запрессовкой под давлением пастообразного модельного состава специальными шприцами и на машинах-автоматах. Готовые модели собирают в блоки (припаиванием к модели литниковой системы либо в специальных кон­дукторах).

Огнеупорная оболочка, наносимая на поверхность мо­дельного блока, может быть получена поочередным нанесе­нием нескольких перемежающихся слоев (суспензии и обсыпки) и электрофорезом. При многослойном нанесении оболочки суспензия состоит из гидролизованного раствора этилсиликата и огнеупорного наполнителя. Этилсиликат (С₂Н₅О)₄Si после гидролиза (взаимодействие с водой) вы­деляет гель кремниевой кислоты Si(ОН)₄, который за счет реакции поликонденсации становится связующим, соединяя воедино зерна огнеупорного наполнителя суспензии и обсыпочного материала. Огнеупорным наполнителем суспензии служит пылевидный кварц, дистенсиллиманит, электрокорунд и др. В процессе получения огнеупорной оболочки мо­дельные блоки путем окунания смачивают суспензией, обсы­пают зернистым материалом (кварцевый песок, зерна плав­леного кварца, электрокорунд и т. п.) и сушат до отверждения. Так наносят четыре—шесть слоев (при производстве крупных отливок—более десяти). При получении оболочек на модельных блоках электрофоретическим способом на­чальный слой наносят так же, как и при первом способе. Затем начальный слой смачивают суспензией с электролитом (например, с соляной кислотой) и связующим материалом (к примеру, с кальцийалюмохромфосфатом). Благодаря та­кой обработке первый (или лицевой) слой становится элек­тропроводным. На этот слой из грубодисперсной суспензии электрофоретическим способом осаждают второй слой, обсы­пая его зернистым материалом, и сушат. Для получения бо­лее толстой оболочки цикл повторяется. Обсыпку модельных блоков зернистым материалом осуществляют в пескосыпах или аппаратах псевдокипящего слоя. Сушку слоев произво­дят на воздухе, в парах аммиака или в вакууме.

Модельный состав, его водный раствор или продукты термодеструкции удаляются через открытый торец литнико­вой воронки. Выплавление производят в воде с температу­рой выше точки плавления модельного материала, в рас­плавленном модельном материале (того же состава, что и модели), продувкой блоков горячим воздухом или перегре­тым водяным паром, нагревом блоков в термостатах. Удале­ние соляных моделей осуществляют растворением в воде, пенополистироловых—выжиганием в газовых печах (иногда их растворяют в смеси ацетона с толуолом). После удале­ния моделей растворением оболочки промывают в проточ­ной воде.

Для окончательного удаления остатков модельного со­става оболочки прокаливают при температуре 800... 1100° С в окислительной атмосфере (для лучшего выгорания).

При литье по выплавляемым моделям большинство спла­вов заливают в горячие формы, позволяющие получать. тонкостенные отливки. Температура форм при этом должна быть при заливке сплавов на основе: никеля—1000 ±50° С, железа — 850 ± 50° С, меди—650 ± 50° С, алюминия и маг­ния — 225 ± 25° С. Это обстоятельство вынуждает производить прокалку форм в опорном наполнителе, необходимом для обеспечения устойчивого положения оболочки во время заливки ее металлом, и для предотвращения разрушения за счет металлостатического напора. Там, где возможна за­ливка в холодные формы, оболочки прокаливают без опор­ного наполнителя. Установку оболочек в опорный наполни­тель под заливку Производят после их прокалки и охлажде­ния.

Центробежное литье. Центробежным литьем называют способ изготовления отливок, при котором металл залива­ется в форму и затвердевает в ней под действием центро­бежных сил. Расплавленный металл заливается во вращаю­щуюся форму, приводимую в движение специальной машиной, называемой центробежной. Различают машины с вращением формы вокруг вертикальной и горизонтальной (или наклон­ной) оси (рис. 1.8).

Рис. 8. Схемы процесса изготовления отливок при вра­щении формы вокруг вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) оси

Центробежным способом литья с вращением формы вокруг горизонтальной оси получают отливки типа тел вра­щения: трубы, кольца, втулки, гильзы и т. д. На машинах с вращением формы вокруг вертикальной оси, кроме отли­вок типа тел вращения, получают также фасонные отливки,имеющие сравнительно тонкие стенки. Центробежные силы в этом случае используют для улучшения заполняемости формы металлом и получения более плотной отливки. Центробежный способ литья позволяет изготовлять также двухслойные биметаллические отливки (отливки из двух различных сплавов). При нем заливают сначала сплав одного состава, затем другого.

Центробежным способом получают корпуса полых валов из коррозионностойких сталей диамет­ром до 1500 мм, длиной до 10 м, массой до 60 т; налажено производство биметаллических прокатных валков (с наруж­ным слоем, имеющим повышенную износостойкость, и внут­ренним слоем с повышенной пластичностью); выпускают крупные биметаллические втулки диаметром более 1000 мм для подшипников жидкостного трения и многие другие отливки.

При центробежном литье применяют в основном три типа литейных форм: металлические нефутерованные, ме­таллические футерованные и разовые формы, изготовляемые различными методами. Металлические футерованные формы применяют при литье труб, втулок и т. д., имеющих слож­ный наружный профиль, затрудняющий свободную усадку.

Разовые формы применяют при изготовлении центробеж­ным литьем фасонных отливок. При этом формы могут быть получены различными способами: по выплавляемым моде­лям, из керамических стержней, из песчаных смесей. При необходимости такие формы заливают в вакууме или среде нейтральных газов. С этой целью вращающееся устройство, в котором установлена форма, закрывается герметично не­подвижным кожухом, соединенным с устройством для вакуумирования или баллонами с нейтральными газами. Так заливают турбинные лопатки, турбинные колеса из легко окисляющихся сплавов и т. п. детали.

Литье под давлением. Сущность процесса состоит в том, что жидкий металл поступает в рабочую полость металли­ческой формы (пресс-формы) под давлением, составляющим (З00...3000)-10⁵ Па. Скорость впуска металла в полость формы составляет 0,5... 140 м/с. Литьем под давлением по­лучают отливки массой от нескольких граммов до несколь­ких десятков килограммов, по сложности—от элементов замка «молния» до блока цилиндров в автомобиле «Волга». При массовом производстве литье под давлением является весьма рентабельным. Отливки, получаемые этим способом, имеют самый высокий коэффициент использования металла. Получение ряда деталей литьем под давлением оказывается в 50 раз и более дешевым, чем их изготовление из проката механической обработкой.

При литье под давлением используют различные маши­ны, классификация которых приведена в табл. 2.4.

Таблица 2.4

Классификация машин литья под давлением

Классификационный признак	Варианты машин
Принцип прессования   Конструкция камер прессования по способу подачи металла   Расположение камеры прессования	Поршневые
Компрессорные
С холодной камерой
С горячей камерой
Комбинированные С горизонтальней камерой С вертикальной камерой

Работа поршневой машины с холодной вертикальной ка­мерой прессования (рис. 2.9) состоит в следующем. Ось ка­меры прессования 1 этой машины располагают параллельно плоскости разъема пресс-формы 3. Металл заливают на нижний поршень 4 камеры, который не позволяет проникать ему в форму. Жидкий металл будет заходить в литниковое отверстие 5 и полость формы после опускания вниз прессую­щего поршня 2, в результате чего нижний поршень 4, отжи­маясь вниз, откроет литниковое отверстие.

Рис. 2.9. Схемы холодной вертикальной (а) и горизонталь­ной (б) поршневых камер прессования машин литья под давлением

Металл, войдя в контакт со стенками формы, затвердевает. Прессующий поршень поднимается вверх, освобождая путь нижнему поршню, который при подъеме отрезает пресс-остаток от лит­ника, выталкивая его из камеры прессования. Форма очищается, смазывается и закрывается. Цикл повторяется.

 

Ось горизонтальной холодной камеры прессования 1 (рис. 2.9, б) располагают перпендикулярно плоскости разъема формы. Горизонтальная камера связана с неподвижной полуформой 2. Жидкий металл заливают в горизонтальную камеру через специальное окно 3. Поршень 4, двигаясь вправо, запрессовывает металл в полость формы. Пресс-остаток захватывается поршнем при холостом ходе и выбра­сывается из камеры прессования.

Машины с холодной камерой прессования используют для изготовления отливок из сплавов на основе алюминия, магния и меди.

В поршневых машинах с горячей камерой прессования (которые являются только вертикальными) иное заливочное устройство (рис. 2.10). Ци­линдр1 прессующего порш­ня 2 таких машин находится в расплавленном металле 3, который заполняет камеру прессования через отверстие прессового цилиндра 4. При прессовании это отверстие перекрывается поршнем. По окончании прессования оста­ток жидкого металла сливается в камеру прессования. Обогрев расплавленного ме­талла в тигле — электриче­ский. Остальные операции технологического процесса такие же, как и на машинах с холодной камерой прессования.

Рис. 2.10 Схема горячей камеры прессования

Машины с горячей камерой прессования применяют главным образом для изготовления отливок из легкоплавких сплавов на основе цинка, свинца и олова. Эти машины позволяют более легко автоматизировать процесс литья, здесь меньше потери металла, выше производительность труда (10... 12 запрессовок в минуту).

Для съема и удаления отливок от формы используют различные механизмы, в том числе роботы-манипуляторы. Универсальные роботы-манипуляторы со счетно-решающими и запоминающими устройствами могут последовательно вы­полнять до 200 различных команд. На некоторых машинах устанавливаются роботы для заливки жидкого металла в ка­меру прессования.

В настоящее время продолжается совершенствование литья под давлением стали в направлении повышения стойкости форм, улучшения качества отливок, механизации и автоматизации процесса.

Литье в оболочковые формы. Литейная форма здесь пред­ставляет собой оболочку толщиной 6...10 мм, изготовлен­ную из дискретной огнеупорной основы (наполнитель) и синтетической смолы в качестве связующего. Принцип получения оболочек заложен в свойствах связующего материала, способного необратимо отверждаться при нагревании. Литьем в оболочковые формы изготовляют отливки средней массы 5...15 кг (редко 100...150 кг) практически из лю­бых сплавов. Расход смеси уменьшается в 10...12 раз по сравнению с литьем в обычные песчаные формы.

В качестве огнеупорной основы широко используют кварцевый песок. Повышение содержания примесей в песке при­водит к увеличенному расходу связующего, повышенной газотворности смеси, пониженному качеству поверхности отливок. Ввиду малого расхода и возможности регенерации, несмотря на значительное удорожание, при литье в оболоч­ковые формы, становится рентабельным применять Корунд, электрокорунд и в особенности циркон. Качество отливок при этом значительно повышается.

Связующим материалом являются фенолоформальдегидные синтетические смолы. Эти смолы при нагревании конденсируются, проходя три стадии: резольную А, резитольную В и резитную С. Смола в стадии А плавится, жидкоподвижна, способна обволакивать тонкой пленкой поверхность зерен огнеупорной основы. Температура плавления составляет 100… 200 °С. Дальнейший нагрев переводит смолу в стадию В, когда она сначала становится вязкой, затем резиноподобной. В стадии С смола окончательно отверждается. Начиная с температуры выше 400 °С фенолоформальдегидная смола подвергается деструкции (т. е. разлагается под воздействием теплоты на элементарные вещества).