Характеристика отливок по сложности, массе и точности.

 

На выбор материала и способ получения отливки существенное влияние оказывают сложность детали и ее масса.

Различают геометрическую и качественную сложность. Под геометрической сложностью понимают конфигурацию отливки, т.е. ее внешние и внутренние очертания. Качественная сложность подразумевает технологическую сложность обеспечения тех или иных качеств и свойств: прочность, плотность, шероховатость и т.д.

Как по геометрической, так и по качественной сложности все отливки делятся на 5 групп, характеристики которых приведены в [2].

Классификация чугунных отливок по технологической сложности производится с учетом массы и толщины стенок. Для характеристики сложности чугунных отливок служит коэффициент габаритного объема:

 

;

 

где А, Б, В – габаритные размеры отливки [дм];

- черновая масса отливки [кг].

 

Группа технологической сложности в этом случае может быть определена по таблице [2].

Для стальных отливок группа технологической сложности определяется по прейскуранту №25-01 “Оптовые цены на отливки, поковки и горячие штамповки”, М:1980г. Согласно ГОСТ 26645-85 устанавливают 22 класса точности размеров и масс отливок из металлов и сплавов. Класс точности устанавливается конструктором в зависимости от назначения детали, от вида металла или сплава, способа литья, типа производства и других условий по таблице [2].

Меньшие значение классов точности отливок назначают на простые отливки в условиях массового автоматизированного производства. Большие значения - на сложные, мелкосерийно и единично изготовляемые отливки. На одну отливку рекомендуется устанавливать одинаковые классы точности размеров и масс. (Таблицы 4.3…4.5, стр. 43, 44, 46, 47).

§ 3.4 Технологические возможности способов литья
и области их применения.

Основные способы изготовления отливок:

· Литье в песчаные формы;

· Литье в кокиль;

· Литье по выплавляемым моделям;

· Литье в оболочковые формы; специальные виды литья

· Литье под давлением;

· Центробежное литье.

 

Разновидностями литья в кокиль и центробежного литья являются прогрессивные и успешно применяемые в настоящее время методы электрошлакового кокильного и центробежного литья.

 

Литье в песчаные формы.

Основные операции:

· Изготовление формы;

· Плавка металла;

· Заливка формы и охлаждение отливки;

· Удаление отливки из формы;

· Удаление литников и зачистка отливок.

 

Формы бывают разовые, полупостоянные и постоянные. В зависимости от размеров отливки и типа производства применяют ручную и машинную формовку. Существует ручная формовка по деревянным моделям; машинная формовка по деревянным и металлическим моделям, а также по металлическим моделям со сборкой стержней в кондукторах.

В песчаных формах можно получать отливки самой сложной конфигурации с широким диапазоном по массе (10¸1000кг), толщина стенок h³ 3мм.

Получаемые отливки характеризуются:

· Низкой точностью размеров (14¸17 квалитет);

· Низким качеством поверхности (Rz = 320¸80мкм);

· Большими припусками механическую обработку.

 

По сравнению с другими методами литья, литье в песчаные формы требует наибольших затрат металла (К_ИМ = 0,55¸0,7). Стоимость изготовления отливок незначительна, но стоимость их механической обработки больше, чем заготовок, полученных другими способами литья.

В песчаных формах получают, преимущественно, отливки из стали, чугуна (серого и ковкого) и, реже, из цветных металлов. Этот метод применяется, чаще всего, в единичном и серийном производстве. Применение его в массовом производстве возможно только при высокой степени механизации.

Область применения: изготовление фланцев, крышек, втулок, корпусов насосов, редукторов и т.д.

 

Сущность процесса.

 

 

Форма состоит из верхней и нижней полуформ, которые взаимофиксируются при помощи литейных стержней. Для подвода расплавленного металла предусмотрена литниковая система. В качестве формовочного материала используется кварцевый песок, формовочная глина и вспомогательные материалы (графит, тальк, древесная мука и др.). Для изготовления форм используются облицовочные, наполнительные и единые смеси.

Облицовочной называется смесь, из которой изготавливают рабочий слой формы. Рабочим называют слой, соприкасающийся с расплавленным металлом. Его наносят на модель слоем толщиной 15-30мм. Облицовочная смесь содержит 50-90% формовочных материалов, а остальные 50-10% - это оборотная смесь для повторного потребления в качестве составляющей части формовочной смеси.

Наполнитель – смесь, используемая для наполнения форм после нанесения на поверхность модели облицовочного слоя. В состав наполнителя входит 90-98% оборотной смеси и 10-2% свежих формовочных материалов.

Единая смесь используется одновременно в качестве облицовочной и наполнительной. В ее состав входит 85-90% оборотной смеси и 15-10% свежих материалов. Единая смесь используется при механизированном производстве отливок.

Для приготовления формовочных смесей и стержней сушат и просеивают кварцевый песок и формовочную глину. Из отработанной смеси удаляют брызги металла, перемешивают составляющие с последующим вылеживанием для равномерного распределения влаги и разрыхления.

 

Пленочно-вакуумная формовка.

 

 

Формовочная пленка нагревается, провисает и обволакивает модель. Модель изготовляется из дерева. Под действием вакуума пленка плотно прилегает к модели, точно повторяя ее форму. Вакуумный насос удерживает песок в опоке. Вакуум держится в процессе заливки и отключается только после затвердевания отливки.

 

Литье в специальные формы.

Литье в кокиль. (ГОСТ 18169-86).

Литье в кокиль – это процесс получения отливок свободной (под действием сил тяжести) заливкой расплавленного металла в многократно используемые металлические формы.

Важным элементом кокиля является защитное покрытие его рабочей поверхности, которое уменьшает интенсивность теплообмена между отливкой и формой, снижает термические напряжения в стенке формы, предохраняет ее от эрозионного разрушения, создает в форме определенную газовую атмосферу, обеспечивает в некоторых случаях поверхностное легирование отливки, воздействует на силу трения между отливкой и кокилем.

Литье в кокиль нашло применение в производстве отливок из серого и высокопрочного чугунов, алюминиевых, магниевых, цинковых и медных сплавов. В кокилях получают также детали из ковкого чугуна и стали.

Конструкции отливок, получаемых в кокилях, очень разнообразны. Это простые по форме отливки типа опорных плит и втулок и сложные отливки типа картеров двигателя, головок блоков цилиндров, корпусов электродвигателей и т.д.

Литьем в кокиль получают детали с особыми эксплуатационными свойствами: повышенной герметичностью, износостойкостью, окалиностойкостью и т.д.

 

Основные разновидности кокилей.

 

Отличительный признак	Разновидности кокилей
1. Отношение глубины рабочего гнезда к среднему габаритному размеру в поверхности разъема	– Плоские; – Цилиндрические.
2. Расположение в пространстве поверхности разъема	– Неразъемные (вытряхные); – С горизонтальной плоскостью разъема; – С вертикальной плоскостью разъема; – С комбинированной плоскостью разъема.
3. Конструктивное исполнение рабочей стенки	– Цельные; – Составные из неунифицированных и унифицированных элементов (парал-лелепипедов, иголок и т.д.).
4. Способ охлаждения	– С воздушным охлаждением (естествен-ное, принудительное); – С жидкостным охлаждением (водяное, масляное); – С комбинированным охлаждением.
5. Способ подвода охлаждающей среды к рабочей стенке	– Однослойные; – Двухслойные.
6. Материал рабочей стенки	– Чугунные; – Стальные; – Алюминиевые; – Медные; – Из специальных сплавов.
7. Долговечность теплозащит-ного покрытия	– С периодически наносимым теплоза-щитным покрытием; – С постоянным теплозащитным покрытием (чугунные и стальные с плазменным напылением, алюминиевые с анодированной поверхностью).

 

Технологические основы процесса литья в кокиль.

 

Общие требования к отливкам, получаемым литьем в кокиль:

· Габаритные размеры отливок должны быть как можно меньше, а их конфигурация должна обеспечивать возможность использования кокилей с плоскими разъемами и металлическими стержнями. Число разъемов формы и число стержней должно быть минимальным;

· Необходимо предусмотреть оптимальную конфигурацию отливок, т.е. конфигурацию без резких (острых) углов, резких переходов от одной поверхности к другой, без высоких ребер и выступов, без глубоких отверстий и карманов;

· Необходимо правильно выбирать толщины и уклоны стенок отливок, чтобы обеспечить заливку и условия питания всех элементов;

· В отливках должно быть предусмотрено сочетание конструктивных элементов, при котором уменьшается торможение усадки и обеспечивается легкая разборка формы.

 

 

Коэффициент габаритности равен отношению габаритного объема отливки к массе отливки:

 

 

Чем меньше коэффициент габаритности, тем технологичнее конструкция отливки.

Классы точности размеров и масс и ряды припусков на обработку отливок резанием, получаемых литьем в кокиль, регламентируются ГОСТ 26645-85.

 

 

Выбор положения отливки в форме и разъема кокиля.

 

 

 

Зазор 2-3мм между плоскостью разъема кокиля и отливкой выполняется во избежание выкрашивания отливки.

 

Оборудование для литья в кокиль.

 

 

Кокиль изготавливается из стали 4Х5МФС, а отливка - из сплава ЖЛС.

 

Точность отливки 12-13 квалитет;

кокиля 11-12 квалитет.

 

Шероховатость поверхности отливки 4 класс;

кокиля 5 класс.

Схема заливки металла

 

 

 

Основные технологические операции при литье в кокиль.

 

1. Очистка кокиля от загрязнения;

2. Нанесение защитного покрытия на рабочую поверхность кокиля;

3. Установка оформляющих стержней в кокиль;

4. Соединение и скрепление полуформ;

5. Заливка жидкого металла из ковша в кокиль;

6. Выдержка металла до начала кристаллизации и остывания кокиля;

7. Раскрытие кокиля и извлечение из него отливки;

8. Охлаждение кокиля и подготовка к следующей заливке.

 

Основные характеристики отливок, получаемых литьем в кокиль:

· Точность отливок 12¸15 квалитет;

· Шероховатость поверхности отливки 3¸5 класс (преимущественно), но достигает и 6 класса;

· Припуск на механическую обработку 0,5¸2мм;

· Тип производства – серийный;

· Масса отливок – 0,1¸50кг;

· Толщина стенок h ³ 3мм;

· Коэффициент использования материала заготовки К_ИМ = 0,71¸0,75.

 

Содержание кокильного покрытия:

· Мел тонкого помола;

· Огнеупорная глина;

· Прокаленный тальк;

· Марганцево-кислый калий;

· Жидкое стекло;

· Пылевидный кварц.

 

При переходе литья в песчаные формы на кокильное расход металла уменьшается на 10-20% за счет сокращения литниковой системы. Трудоемкость механической обработки уменьшается в 1,5-2 раза за счет уменьшения припусков и высокой точности размеров. Замена литья в песчаные формы на кокильное при достаточно большой программе выпуска, уменьшает себестоимость отливок приблизительно на 30% и увеличивает производительность труда в 4-6раз.