Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок

 

Примерно 75% всех отливок осуществляют в разовые формы, которые разрушаются при извлечении из них изделий. Для получения отливок в разовые формы необходимо иметь модели, опоки, материалы для приготовления форм и стержни, инструмент и приспособления.

Модели нужны для получения внешнего контура формируемой детали. Они бывают деревянные, металлические, керамические, пластмассовые.

Стержни необходимы для получения внутренних полостей, отверстий. Их изготавливают из песка с различными связующими.

Опоки – жесткие рамы из чугуна, стали или алюминиевых сплавов. В них набивают формовочную смесь при изготовлении литейной формы.

Формовочные и стержневые смеси состоят из различных материалов – песка, глины, связующих и противопригарных добавок. Основу формовочных смесей составляют песок (80–90%) и глина (10–20%).

Модели, стержни и опоки, набитые формовочной массой, создают литейную форму, состоящую из двух полусфер – верхней и нижней (рисунок 6.1).

Изготовленные формы поступают на сборку, которая заключается в извлечении из формовочной смеси модели и в установке в форму стержней.

1 – отливаемая деталь; 2 – разъемная модель; 3 – стержневые знаки модели; 4 – стержень; 5,6 – верхняя и нижняя опоки; 7 – литниковая система; 8 – выпор; 9 – отливка

 

Рисунок 6.1 – Отливка детали в разовой форме.

Литейная форма из формовочной смеси

 

Заливку форм осуществляют из ковша, имеющих вместимость до 100 т. Продолжительность охлаждения изделий в форме зависит от их массы, толщины сечений, теплофизических свойств формовочных материалов и других условий, которая колеблется в широких пределах – от нескольких минут для небольших тонкостенных деталей до нескольких суток в случае массивных конфигураций.

После охлаждения до температуры (400–800°C) разовую литейную форму разрушают, выбивают из нее отливку, а из последней – стержни.

Очистку отливок от остатков формовочных материалов осуществляют гидропескоструйными или дробеструйными установками.

Наиболее крупными источниками пыле- и газовыделения в литейных цехах являются вагранки, электропечи, участки складирования, переработки и очистки литья. При плавке чугуна в вагранках на 1 т металла выделяется 2000–2500 м³ отходящих газов, содержащих пыль 5–20 г/м³ при размере частиц 20–70 мкм. Разливка металла и его охлаждение производят на больших площадях, поэтому улавливание загрязнений затруднено.

Обработка металла давлением

 

Обработка металла давлением (ОМД) является одним из основных способов производства деталей машин. В России давлением обрабатывают примерно 85% выплавляемой стали, а также значительное количество цветных металлов и сплавов. Этот процесс отличается экономичностью, высоким выходом годного и высокой производительностью.

Основным способом ОМД являются прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка, которые основаны на пластической деформации исходной заготовки, при этом формообразование происходит без изменения массы и объема изделия.

Пластическая деформация осуществляется в холодном и горячем состоянии. Первая проводится при температуре ниже 0,3, а вторая – при 0,65–0,75 температуры плавления металла или сплава. У большинства материалов с повышением температуры прочность снижается, а пластичность возрастает.

Сущность прокатки заключается в деформировании заготовки путем обжатия ее между вращающимися валками (рисунок 6.2), в результате чего уменьшается поперечное сечение и увеличивается ее длина.

а – продольная; б – поперечная; в – винтовая

 

Рисунок 6.2 – Основные способы прокатки

 

Прокатку выполняют на специальном оборудовании – прокатных станах, главная часть которых – рабочая клеть, состоящая из комплекта прокатных валков, получающих вращение от мощных электродвигателей через систему передаточных механизмов.

Прокатное оборудование (станы) различно по профилю получаемого изделия (рельсобалочные трубопрокатные станы и пр.), количеству валков в рабочей клети, количеству клетей и т.д.

В зависимости от формы сечения изделия прокатные станы делятся на обжимные, сортовые, листовые и специальные; по количеству валков – на двух-, трех-, четырех- и многовалковые (вплоть до 20 валковых); по количеству клетей – на одно- и многоклетьевые.

Самые мощные станы – обжимные (блюминги и слябинги). Блюминг – двухвалковый стан, в котором прокатывают стальные слитки массой 5–15 т в квадратные заготовки (блюмы) сечением до 450 × 450 мм. Диаметр валков блюминга достигает 1500 мм. Слябинг – стан, на котором слитки массой 7–25 т прокатывают в полосы (слябы) с максимальной толщиной до 300 и шириной до 1800 мм.

Блюмы и слябы являются полупродуктами для получения готового изделия. Сечение проката значительно меньше, чем у исходных блюма и сляба, конечный профиль не удается получить сразу в один проход между валками, поэтому прокатку ведут в несколько проходов, в каждом из которых площадь сечения металла постепенно уменьшается.

Производительность блюмингов и слябингов находится на уровне 6–10 млн. т в год. Несколько меньше производительность других станов: рельсобалочного 2,0–2,5 млн. т, проволочного 0,6 млн. т и т.д.

В прокатном производстве выбрасываемая пыль включает частицы окалины, гранулированного шлака, металла; выделяются также кислотные масляные аэрозоли, монооксид углерода, сернистый газ и другие загрязнители. Наибольшее количество выбросов получают при огневой зачистке металла (до 500–2000 г/т).

Удаление окалины с поверхности горячекатаной полосы производится травлением в серной и соляной кислотах. Остаточное содержание кислоты в удаленном воздухе достигает 2,5–2,7 г/м³. Для очистки выбросов в атмосферу от травильных ванн используют скрубберы с пылеуловителем. В качестве орошающей жидкости применяют известковый раствор, обеспечивающий степень очистки 85%.

 

Утилизация отходов

 

Технологии обработки металлов характеризуются значительным количеством твердых токсичных отходов, выбросов в атмосферу и сточных вод, часть из которых перерабатывается и в определенной степени утилизируется. К ним относятся горелые земли (отработанные формовочные смеси) и ваграночные шлаки литейного производства, окалина и шламы, осадки и растворы травильных отделений прокатных цехов и некоторые другие материалы.

Большую часть отработанных формовочных смесей регенерируют, не подлежащие регенерации горелые земли используют в составе портландцементных вяжущих, для получения шлакоблоков, при изготовлении сборного железобетона, кирпичей и т.д.

Сфера утилизации ваграночных шлаков также связана с производством вяжущих и строительных материалов. Шлаковые вяжущие на основе ваграночного шлака пригодны для получения предварительно напряженных плит перекрытий, дорожных плит, наружной отделки стеновых панелей. Крупные фракции шлака могут быть использованы в дорожном строительстве в качестве щебня, а мелкие – как удобрение.

При обработке металлов давлением в прокатных цехах образуется значительное (до 35 кг на 1 т металла) количество окалины, которая перерабатывается в сталеплавильном и агломерационном переделах.

 

Вопросы для самопроверки

 

1 Что подразумевается под технологией металлов?

2 Чем объясняются достоинства применения литейных изделий?

3 Какие процессы включает литейный передел?

4 Охарактеризуйте технологические свойства металлов и сплавов, применяемых для получения отливок.

5 Каков состав шихты для получения чугунных отливок?

6 Из каких элементов состоит литейная форма? Укажите их назначение.

7 Назовите наиболее крупные источники пыле- и газовыделения в литейных цехах.

8 Охарактеризуйте основные способы обработки металлов давлением.

9 Укажите основные способы прокатки. В чем состоит ее сущность?

10 Укажите основные типы прокатных станов.

11 Охарактеризуйте основные источники выбросов и отходов в прокатных цехах.

12 Где и как утилизируют отходы литейного и прокатного производств.