Литье по выплавляемым моделям (ЛПМ)

 

Применяется для получения отливок, конфигурация которых, в случае изготовления их из сортового металла или поковок, потребовала бы большой и сложной механической обработки. Этим способом изготовляют отливки с толщиной стенок 0,5…10 мм, массой 20…100 кг.

Особенность ЛПМ – это получение неразъемных со-единений литейных форм путем выплавления, раство-рения или выжигания из них модельного материала, состо-ящего из легкоплавких компо-нентов: парафина, стеарина, церезина, буроугольного воска и других веществ, которые плавятся при температуре 50…90°С. Для изготовления модели расплавленный или пастообразный состав запрес-совывают в металлическую разъемную пресс-форму из стали или алюминиевых сплавов, которая по конфигурации точно соответствует модели. В одной пресс-форме изготавливают несколько моделей, соединенных моделями каналов литниковых систем. Затем отдельные модели (звенья) надевают на металлический стояк.

Собранный блок покрывают несколько раз (чаще 3,4 раза) тонким слоем огнеупорной обмазки, которая состоит из пылевидного кварца и связующего материала (жидкого стекла) после последнего покрытия модель для упрочнения посыпают сухим мелким кварцевым песком и просушивают на воздухе 2…6 часов. Полученная таким образом оболочка имеет толщину 3…5 мм. После сушки из модели извлекают металлический стояк, а модели выплавляют из оболочковых форм. Для этого применяется горячая вода примерно 90°С, пар и горячий воздух.

В ряде случаев модели выжигают. Неразъемную форму устанавливают в опоку, засыпают песком и помещают в электропечь для прокаливания при температуре 850…900°С. В печах выжигаются остатки модельной смеси, а форма после прокаливания приобретает необходимую прочность. Потом нагретую форму подают на заливку.

После охлаждения отливки, форму выбивают на прессах. От отливки отделяют литниковую систему, которая затем поступает на переплавку. Отливку очищают (галтовка), подвергают нормализационному отжигу (900°С) и направляют на склад или в механические цехи.

 

Характеристика метода:

1. тип производства – серийный и массовый;

2. материал отливок – высоколегированные стали, жаропрочные сплавы, цветные металлы;

3. достигаемая точность – 11…14 квалитет;

4. шероховатость поверхности – 4…6 класс;

5. коэффициент использования металла – 0,85…0,95.

 

Изготовляют мелкие и средние отливки сложной конфигурации механическая обработка которых затруднена. Используют ЛВМ в различных отраслях машиностроения и приборостроения, особенно в таких, как производство летательных аппаратов, различных видов военной техники, автомобилей, гидромашин, с/х машин, электронных приборов.

В стрелковом оружии методом литья по выплавляемым моделям получают следующие детали: колодка прицела, газовая камера, колодка мушки.

Некоторые особенности изготовления названных деталей наиболее целесообразно рассмотреть на примере их наличия в автомате Калашни­кова. Они напрессовываются на шейки ствола в следующей последова­тельности: колодка прицела, газовая камора, колодка мушки.

Заготовками для них служат отливки по выплавляемым моделям, требующие относительно незначительной механической обработки. Ма­териалом для всех выбрана сталь 50Л.

Газовая камора представляет собой насадку на стволе автома­тического или полуавтоматического оружия, через которую газы при вы­стреле поступают в некоторую полость. В этой полости располагаются детали, приводящие в работу механизмы автоматики от воздействия порохо­вых газов.

Газовая камора напрессовывается на ствол и соединяется с каналом ствола благодаря просверленному в ней и в стволе отверстию. При стрельбе она подвергается воздействию горячих пороховых газов под давлением. Поэтому, в качестве материала каморы выбирается средне- углеродистая сталь, как было сказано выше, сталь 50 Л.

Заготовками для изготовления колодки прицела, газовой каморы и колодки мушки в зависимости от программы выпуска могут быть горячая штамповка или отливка по выплавляемым моделям.

Если выбрана штампованная заготовка, то детали обрабатываются по всем поверхностям, если же заготовка литая, механически обрабаты­ваются только посадочные места, полости и каналы.

Исключением из этого правила является колодка прицела, которая, несмотря на литую заготовку, подвергается механической обработке по наружной поверхности.

Автоматическое оружие чаще всего производится крупными серия­ми или даже массово. Поэтому целесообразно рассмотреть некоторые особенности изготовления газовой каморы, колодки мушки и колодки прицела из литой заготовки (рис. 1.57).

 

Рис. 1.57. Примерная форма заготовки газовой каморы, колодки прицела и колодки мушки, полученные литьем по выплавляемым моделям:

а - заготовка газовой каморы с одной полостью; б - заготовка газовой каморы с двумя полостями; в - заготовка колодки прицела; г - заготовка колодки мушки

На заготовках маркируется номер плавки и проверяются: остаток литника (допускается до 1 мм), расположение, величина и количество литейных дефектов, след плоскости разъема. Контроль производится сравнением с эталоном. Для снятия окалины и заусенцев заготовки под­вергаются мокрой галтовке или виброгалтовке.

В галтовочный барабан загружаются раздробленный гранит, разби­тые шлифовальные круги, галька с размерами порядка 20 х 20 х 20. Все заливается водным раствором эмульсола или водным 3 %-м раствором кальцинированной соды.

Детали вместе с камнями по объему составляют 50...60 % объема галтовочного барабана. Причем, объем камней в 2...3 раза больше объема деталей. Эмульсия заливается до объема загруженных камней и деталей.

Частота вибраций барабана порядка 25 герц, амплитуда 2,5 мм. Про­должительность виброгалтовки составляет порядка двух часов. После галтовки детали промываются водой и горячей эмульсией.

После механической обработки основных поверхностей газовая ка­мора имеет вид, показанный на рис. 1.58.

 

Рис. 1.58. Вид газовой каморы после механической обработки основных поверхностей:

1 - поверхность, по которой газовая камора напрессовы­вается на ствол; 2 - канал, подводящий газы из ствола в камору; 3 - собственно газовая камора

После галтовки заготовки механически обрабатываются по некото­рым наружным поверхностям (на рис. 1.58 не показаны, например, на­правляющие под штык-нож, отверстие под шомпол).

Основные поверхности детали - это поверхности 1, 2, 3.

Механическая обработка начинается со сверления отверстия для посадки каморы на ствол (рис. 1.59, а, диаметр Z), а затем, после подрезки переднего торца, это отверстие протягивается до диаметра D (рис.1.59, б). Дальнейшая механическая обработка производится почти на всех операциях с использованием этого отверстия в качестве технологической базы.

 

 

а - сверление; б - протягивание отверстия для посадки каморы на ствол

На рис. 1.60 показаны эскизы изготовления газовой полости каморы.

 

 

Рис. 1.60. Последовательность обработки газовой полости каморы:

а - зенкерование или растачивание; б - обтачивание

наружного цилиндра; в - растачивание или зенкерование конуса; г - растачивание внутренней части газовой полости

В зависимости от типа производства и традиций завода обработка поверхностей может производиться каждая на отдельном станке с наладкой на производство только этой операции или на токарном станке с ЧПУ за одну операцию. Последнее целесообразно применять для малых серий выпуска.

После обработки газовой полости в заготовке изготавливаются посадочные места под крепление штыка, шомпола. Затем сверлится отверстие, соединяющее канал ствола и газовую полость (рис. 1.61).

 

 

Рис. 1.61. Эскиз операции сверления отверстия, соединяющий канал ствола с газовой полостью

 

Базирование заготовки опять производится на отверстие для посадки газовой каморы на ствол.

Сложность этой операции состоит в том, что сверло должно входить в деталь под углом. Поэтому здесь обязательно применение кондуктора.

После этих операций производится термообработка изделий и замер твердости. В точке замера твердости возможна зачистка от окалины с местным понижением до 0,15 мм. Заготовки проходят термообработку на твердость 37...42 HRC. После термообработки заготовки промываются в течение 1...2 мин в растворе:

сода кальцинированная, г…………………………………….20..30

мыло хозяйственное, г…………………………………………..2

вода, л…………………………………………………………….1

Раствор нагрет до t = 90... 100° С.

Дальнейшая механическая обработка заключается в развертывании (чаще всего на вертикально-сверлильном станке) отверстия, по которому производится посадка детали на ствол. После развертывания это отвер­стие достаточно точно обмеряется по диаметру, например, пневмокалибрами.

По этим замерам детали подразделяются на несколько групп для се­лективной сборки со стволом. Количество стволов с необходимыми диа­метрами посадочных шеек изготавливается по количеству газовых камор определенной группы. Для автомата Калашникова, например, таких групп камор четыре (табл. 1.7).

 

1.7 Посадочные размеры газовых камор при их селективной сборке со стволом

Механическая обработка газовой каморы производится практически общепринятыми инструментами без применения сложных специальных, за исключением протяжки, общий вид которой показан на рис. 1.66.

Точность механической обработки детали относительно невелика. Точность изготовления отверстия для посадки на ствол - по 12 квалитету. Для качественной прессовой посадки на ствол этот допуск делится на четыре группы (см. таблицу выше).

Точность расточки газовой полости - по 13, 14 квалитету.

Посадочное место штыка-ножа выполнено по Н10.

Припуски на чистовую обработку после термообработки относи­тельно невелики. Например, отверстие под посадку на ствол перед протя­гиванием имеет диаметр 14,85^{+0,03 5}, а в окончательном виде для группы 3 диаметр равен 15,03^+0,02 мм, то есть припуск на сторону составляет по­рядка 0,09 мм.

Канал газовой полости перед термообработкой имеет диаметр 13,5^+0,12 мм, а после окончательной обработки - 13,92^+0,035 мм, то есть припуск на сторону составляет порядка 0,2 мм.

Режимы механической обработки будут приведены ниже, при рас­смотрении изготовления колодки мушки и колодки прицела.

После механической обработки деталь оксидируется.

При массовом и крупносерийном производстве применяются быст­родействующие приспособления с пневматическими или гидравлически­ми приводами и простейшие операционные станки.

На рис. 1.62 дана кинематическая схема приспособления для на­чальной операции обработки газовой каморы - сверления отверстия, ко­торым деталь сажается на ствол.

Базирование и закрепление заготовки 1 производится двумя призмами 2 и 3, которые перемещаются в противоположные стороны благодаря зубчатому колесу 8. При ходе поршня пневмопривода 7 клиновой механизм 6 поворачивает двуплечий рычаг 5, который перемещает в ту или другую сторону призму 5, а значит, и призму 2, зажимая или разжимая заготовку.

Рис. 1.62. Кинематическая схема приспособления для сверления в заготовке газовой каморы посадочного отверстия

Для начальной выверки правильного положения заготовки относительно оси станка служит винтовой механизм 4, благодаря которому губка 3 мо­жет быть смещена в нужную сторону.

Приспособление с такой кинематической схемой работает на Ижев­ском машиностроительном заводе.

Примерная форма колодки мушки показана на рис. 1.63.

Главной механически обрабатываемой поверхностью колодки муш­ки является отверстие посадки колодки на ствол. Оно обрабатывается набором довольно сложных инструментов.

Операционные эскизы изготовления посадочного отверстия даны на рис. 1.64.

 

 

Рис. 1.63. Примерная форма колодки мушки после механической обработки. Наиболее ответственные обрабатываемые поверхности:

1 - отверстие посадки на ствол; 2 - посадочное отверстие под основание мушки; 3 - посадочное место для штыка

Рис. 1.64. Эскизы изготовления посадочного отверстия в колодке мушки: а - зенкерование черновое

и чистовое; б - протягивание; в - чистовое развертывание после термообработки; г – хонингование

Начальная обработка производится двумя зенкерами с направляю­щей, базирующейся по предварительному отверстию. Конструкция такого зенкера показана на рис. 1.65.

После зенкерования отверстие протягивается протяжкой (рис. 1.66), имеющей режущие зубья (подъем на зуб 0,04 мм) со стружкоделительными канавками, калибрующие зубья (подъем на зуб 0,00 мм) и выглаживающие (уплотняющие зубья) в виде торовых колец, также без подъема на зуб.

После протягивания посадочного отверстия и механической обработки ряда поверхностей деталь термообрабатывается на твердость 36...43 HRC, а затем посадочное отверстие дорабатывается сначала развертыванием (с применением в качестве СОЖ растительного масла) и последующим хонингованием.

Хонингование ведется, так как деталь относительно короткая, на вертикально-хонинговальном станке головкой, принципиальное устрой­ство которой дано на рис. 1.67.

Работает хонголовка следующим образом: штанга 1 своим фланцем крепится к шпинделю станка и совершает вращательные и возвратно- поступательные движения. В окна штанги вставляются колодки 5, кото­рые опираются на конус штока 6. При осевом перемещении штока б ко­лодки с брусками 4 смещаются в радиальном направлении, обрабатывая отверстие или отходя от его поверхности. От выпадения из штанги коло­док с брусками предохраняют пружинные кольца 2.

Рис. 1.65. Конструкция зенкера для предварительной обработки посадочного отверстия колодки мушки

Рис. 1.66. Протяжка для обработки посадочного отверстия колодки мушки (а также колодки прицела и газовой каморы) перед термообработкой

После хонингования колодок мушки они рассортировываются так же, как и газовые каморы, по посадочному отверстию на группы.

К примеру, для автомата Калашникова в табл. 1.8 приведены размеры в группах.

 

Рис. 1.67. Хонинговальная головка:

1 - штанга с фланцем крепления к шпинделю станка; 2 - пружинные кольца; 3 - стальное основание; 4 - брусок; 5 - колодка; 6 - шток с конусом

Рис. 1.68. Начальная механическая обработка заготовки колодки прицела:

а - протягивание боковых поверхностей; б - фрезерование переднего и заднего торцев

 

1.8. Посадочные размеры колодок мушки при селективной сборке со стволом

Особенность изготовления колодки прицела заключается в том, что после галтовки заготовка протягивается по боковым поверхностям пло­ской протяжкой (рис. 1.68, а), после чего фрезеруются передний и задний торцы (рис. 1.68, б).

Затем, как у колодки мушки и газовой каморы, производится зенке- рование и протягивание посадочного (на ствол) отверстия D₂ (рис. 1.69, а), а также сверление отверстия под цапфы прицельной планки Dпл.

Последующая обработка колодки прицела производится в основном фрезами различного профиля и конструкции: грибковыми, пальцевыми.

После термообработки заготовки на 37...42 HRC производится до­работка поверхностей, в частности, чистовое развертывание посадочного отверстия и разбраковка по этому отверстию на группы. В автомате Ка­лашникова таких групп три (табл. 1.9).

Рис. 1.69. Эскизы изготовления в колодке прицела посадочного отверстия на ствол (а) и контура кривой прицела (б)

1.9. Посадочные размеры колодок прицела при их селективной сборке со стволом

После протягивания отверстия D₂ сверлится отверстие под цапфы прицельной планки Dпл. Дальнейшая обработка заготовки производится от этих отверстий (с базированием на них).

Некоторую особенность представляет обработка контура кривой прицела. До термообработки эта поверхность фрезеруется, а после тер­мообработки - шлифуется с выдерживанием контура относительно оси посадочного отверстия, причем достаточно строго. Например, для авто­мата Калашникова десять позиций замера. Замеры по координатам А, Б, В, Г производятся с шагом 1...2,5 мм, а по координатам А₁ Б₁ В₁ Г₁ с точностью до сотых долей миллиметра.

Режимы механической обработки этих деталей, в связи с одинаково­стью материала и термообработки, практически одни и те же (табл. 1.10).

1.10. Примерные режимы механической обработки колодки мушки,

газовой каморы, колодки прицела

 

 

Литье в оболочковые формы

 

Изготовление оболочковых форм основано на свойствах термореактивной смолы. Смола плавится при нагревании и обволакивает зерна песка, затем она затвердевает и, связывая зерна песка, образует прочную оболочку. Оболочковая форма представляет собой две скрепленные рельефные полуформы с толщиной стенок 5…15 мм.

Оболочковые полуформы изготавливаются на специальных автоматических или полуавтоматических машинах.

Все оболочковые формы в зависимости от физико-химической природы связывающих смесей разделены на 2 группы:

1гр. – твердеющие за счет физического фактора – нагрева;

2 гр. – твердеющие за счет химического фактора воздействия.

Основу современной промышленной технологии составляет изготовление форм из сыпучей, песчано-смоляной смеси, твердеющей в контакте с нагретой оснасткой (ПК-4). В формовочную смесь добавляют увлажнители (глицерин, керосин) и растворители (ацетон, этиловый спирт).

Последовательность изготовления оболочковых форм.

 

В полученные оболочковые полуформы устанавливают стержни. Соединение полуформ производят по фиксаторам с помощью скоб, струбцин или склеивания. Способом литья в оболочковые формы получают отливки из стали, чугуна и цветных сплавов.

Точность отливок достигает 12…14 квалитета;

Шероховатость поверхности – 4…6 класс (5-6);

Коэффициент использования металла – 0,85…0,9.

Получают тонкостенные отливки, толщина стенки – 2…4 мм.

Конструктивные особенности отливок: коленчатый и распределительный валы, ребристые цилиндры, корпуса токарных патронов, детали вентиляторов и т.д.

 

 

 

Достоинства способа:

- Получение точных отливок с высоким качеством поверхности;

- Уменьшение расхода формовочных материалов;

- Уменьшение производственных площадей;

- Высокая производительность труда при изготовлении форм;

- Возможность длительного хранения оболочковых форм и стержней;

- Экономия металла из-за уменьшения литниковой системы и прибыли;

- Уменьшение процессов очистки заготовки.

 

Недостатки способа:

- Высокая стоимость смолы, оснастки, оборудования;

- Длительность доводки процесса.

 

Все это позволяет применять этот способ только в условиях крупносерийного и массового производства.

 

 

Литье под давлением

 

Литье под давлением является одним из наиболее экономичных и производительных способов в условиях крупносерийного и массового производства. Его сущность заключается в том, что в спец. разъемные пресс-формы под большим давлением поступает сплав, находящийся в жидком или полужидком состоянии. В пресс-форме происходит быстрое охлаждение и кристаллизация, что обеспечивает мелкозернистую структуру и высокие механические свойства отливки.

Весь цикл литья длится от доли секунды до нескольких минут. Размеры отливок, полученных литьем под давлением близки к размерам готовы деталей, что позволяет уменьшить или совсем исключить их механическую обработку и, следовательно, сэкономить цветные металлы и сплавы.

Благодаря высокой производительности по сравнению с такими способами как штамповка, резка, ковка, получение заготовок литьем под давлением получило широкое распространение при выпуске изделий массового производства.

Рабочее давление на расплав осуществляется непосредственно сжатым воздухом или поршнем, который перемещается под действием сжатого воздуха или эмульсии.

Компрессорные и поршневые машины.

Наибольшее распространение получили поршневые машины. Они выполнены c горизонтальной и вертикальной камерами прессования Могут быть холодными и горячими.

Схема литья и элементы литниковой системы для форм машин с вертикальной и горизонтальной камерами прессования изображены на рисунке.

 

 

 

 

Основные характеристики процесса.

Литьем под давлением получают тонкостенные отливки. Высокая скорость теплоотдачи от отливки к форме обуславливает необходимость ее быстрого заполнения (менее 0,1с); Высокая скорость впускного потока (до 100 м/с) способствует качественному оформлению рельефа отливок сложной конфигурации.

На формирование отливок сказывают влияния следующие факторы:

- Температура металла и формы;

- Конструкция литниковой и вентиляционной системы;

- Режимы смазывания формы;

- Давление и продолжительность действия подпрессовки после запол-нения формы.

 

Номенклатура отливок.

Отливки могут иметь простую и очень сложную конфигурацию. Толщину стенок 0,5…5 мм, массу от нескольких граммов до 30 кг, размеры от нескольких мм до 1,5 мм. Литьем под давлением можно получать детали с готовой внутренней и внешней резьбой с разнообразной арматурой с полостями и каналами сложной конфигурации, образуемыми нормирующими элементами.

 

Характеристика метода литья под давлением:

1. Точность размеров отливок – 8…15 квалитет (преимущественно 9…13 кв.);

2. Точность элементов, оформленных стержнями – 8…10 квалитет;

- расположенных в одной полуформе – 10…14 квалитет;

- оформленных в обеих полуформах – 13…15 квалитет;

3. Шероховатость поверхности находится в пределах – 5…9 класс.

Шероховатость поверхностей отливок зависит от качества обработки рабочих поверхностей формы и от степени ее эксплуатации. Для отливок, полученных в новых формах, шероховатость поверхности составляет для цинковых сплавов – 9 класс; для алюминиевых сплавов – 8 класс; для медных сплавов – 6 класс; для магниевых – 7-8 класс.

4. Коэффициент использования металла – 0,95…0,98.

 

Область применения метода.

Метод используют для получения отливок из алюминиевых, цинковых, медных, магниевых сплавов. Реже этим способом изготавливают отливки из стали, чугуна, титана, сплавов олова и свинца.

Недостатки метода:

 

Появление в отливках мелких воздушных раковин: из отливки не успевают выйти газы, распространяемые в металле из-за пористости отливки, поэтому затруднительно подвергать ее термообработке, так как при нагреве появляются вздутия. Эти недостатки устраняются путем применения особых видов литья под давлением:

1. Вакуумирование пресс-формы и камеры прессования. Литье под давлением в вакууме является наиболее прогрессивным.

 

Недостатки литья под давлением в вакууме:

- Значительная стоимость вакуумного оборудования;

- Увеличение потребляемой площади; снижение производительности труда.

 

Преимущества метода:

- Детали имеют плотную структуру и повышенные механические свойства, особенно прочность;

- В деталях отсутствуют воздушные раковины и пористость, что позволяет производить термическую обработку;

- Увеличение плотности отливок и улучшение качества их поверхности позволяет снизить трудоемкость полирования отливок, подвергаемых гальваническому покрытию;

- Можно отливать крупные детали при более низком удельном давлении прессования на 10…15 %;

- Можно получать отливки с более тонкими стенками (на 25 %) повышенной прочности, экономя при этом цветной металл.

 

2. Кислородный процесс

Перед заливкой оформляющую полость и камеру прессования продувают кислородом, который замещает воздух и газообразные продукты. При литье кислород химически взаимодействует с заливающимся расплавом и переходит в окисел (твердую фазу) Al2O3 (0,1..0,2% от массы отливки).

 

 

Выбор сплавов для литья под давлением.

 

1. Алюминиевые сплавы (до 60% всех отливок).

 

Al-Si; Si – увеличивает жидкотекучесть и прочность сплавов.

Для отливок с повышенными требованиями прочности и подвергающихся термообработке применяют сплавы Al-Si-Cu, но Cu≤4%, иначе снизится коррозионная стойкость будущей отливки. Чаще всего применяют 7-8%Si и 1-2%Cu; 0,2-0,3%Mg – повышает прочность, повышает сопротивляемость коррозии. Al-Mg: 9,5-10% Mg. Главный технологический недостаток алюминиевых сплавов – склонность растворять железо, что приводит к привариванию к стальной форме (Fe - 1,5%).

 

2. Цинковые сплавы.

Не взаимодействуют со стальной формой и деталями камеры прессования. Это позволяет применять машины с горячей камерой прессования (более производительные, чем машины с холодной камерой прессования). Цинковые сплавы жидкотекучи, имеют низкую температуру плавления. Наиболее распространены следующие сплавы:

Zn-Al-Cu – 3-5%Al, 1-3%Cu.

 

3. Медные сплавы.

20-40%Zn, 3,5-4,4%Si, 0,2-2%Pb, остальное Cu.

 

4. Магниевые сплавы.

Преимущество: высокая удельная прочность. Чаще всего применяют сплавы: Mg-Al – 7-10%Al, 0.15-0.5%Mn, 0,2-2%Zn.

Также недостатком магниевых сплавов является возможное возгорание. Поэтому литье приходится осуществлять под слоем защитного флюса.

5. Углеродистые и коррозионно-стойкие стали.

Cr до 18%, Ni до 8%

 

Литье под давлением черных сплавов.

При затвердевании стали в пресс-форме, отливка уменьшается в размере и плотно садится на выступающих частях пресс-формы. Для удаления отливки требуются большие усилия. Вследствие этого поверхности пресс-формы обжимаемые отливкой быстро изнашиваются, температура стали во время заполнения составляет 1500-1600°С, а температура формы 400-500°С, т.е. формирование отливки происходит при перепаде температур порядка 1000°С. Таким образом вопрос стойкости пресс-формы имеет решающее значение для литья под давлением сплавов черных металлов.

Одним из наиболее перспективных направлений является применение спекаемых и деформируемых сплавов на основе тугоплавких металлов: Mo и W. Молибденовые сплавы обладают высокой прочностью при нагреве до 700°С, низким коэффициентом теплового расширения, высокой теплопроводностью и отсутствием структурно-фазовых превращений в области рабочих поверхностей пресс-форм.

Широко применяются сплавы, подвергаемые горячей деформации и термообработке. Эти сплавы содержат 0,1-0,2% С, 0,1-0,5% циркония, 0,5-1,5% Ti, остальное Mo.

 

Центробежное литье.

 

Оно осуществляется на специальных машинах. Расплав, заливаемый во вращающуюся форму, центробежными силами плотно прижимается к внутренним стенкам формы и воспринимает ее конфигурацию. Формы могут вращаться вокруг горизонтальных, вертикальных и наклонных осей. Наиболее распространены машины с горизонтальной осью вращения. Центробежные силы не только распределяют жидкий металл в форме, но и способствуют перемещению на внутреннюю поверхность отливки более легких, чем сплав шлаковых и газовых включений, в результате отливка получается более чистой и плотной.

Тф = 200-250°С.

 

 

,

где m – масса жидкости, кг;

г – радиус тела вращения, м;

– частота вращения формы, 1/мин.

;

, (1)

, (2)

где m – масса частицы, кг;

V – линейная скорость, м/с;

R – радиус вращения частицы, м.

 

, (3)

где ,

тогда (4)

. (5)

 

Основные технологические режимы, обеспечивающие получение качественных отливок.

Основные элементы центробежного литья:

1. Частота и режим вращения изложницы в процессе формирования отливки;

2. Температура заливаемого металла и скорость его заливки в форму;

3. Температура нагрева изложницы перед заливкой металла;

4. Состав и способ нанесения теплозащитного покрытия изложницы;

5. Способ заливки металла в изложницу;

6. Время остывания металла в изложнице.

 

От частоты вращения изложницы зависит: плотность, прочность, однородность хим. состава по сечению отливки.

Как правило, оптимальная частота вращения формы, определенная с помощью гравитационного коэффициента – К= 80…120, обеспечивает получение качественных отливок из бронзы, чугуна и стали. При литье материалов, склонных к образованию трещин, рекомендуется переменная частота вращения.

 

Материал отливки	Температура заливки, °С
Алюминиевая бронза БрА9Ж2, 5Н1, 5Мц9	1160-1170
Оловянная бронза БрО6Ц4С2Н1	1100-1120
Серый чугун	1380-1400
Углеродистая сталь	1550-1570

 

Область применения центробежного литья.

1. Литье чугуна.

Получают чугунные втулки небольших и средних размеров цилиндрической формы (гладкие и с одним буртом), их используют для изготовления гильз, двигателей внутреннего сгорания, цилиндров компрессоров, поршневых колец – эти детали должны обладать высокими механическими свойствами: герметичностью, износостойкостью, тепловой и коррозионной стойкостью. Для литых труб характерна большая длина и сравнительно малая толщина. Канализационные трубы изготавливают длиной 2 м, диаметром от 50 до 150 мм при толщине стенок 4…5 мм. Водопроводные трубы длиной 2…5 м, диаметром 50…1000 мм и толщиной стенки 7,5…30 мм. Литые трубы не обрабатывают резанием. В технических условиях на их приемку регламентируется масса труб и их разностенность (продольная и радиальная). Для водопроводных труб производятся испытания на герметичность.

2. Литье стали.

Трудоемкость изготовления стальных труб и других отливок центробежным литьем по сравнению с трудоемкостью изготовления традиционными способами (литье слитков, прокатка, ковка, обжим, прошивка, сверление) уменьшилась в 3…4 раза при снижении расхода металла в 4…8 раз.

3. Литье цветных сплавов.

Из цветных сплавов центробежным литьем изготовляют втулки, кольца, а также биметаллические заготовки. Наибольшее распространение получили изделия из оловянных, свинцовистых и алюминиевых бронз и различных марок латуней.

4. Биметаллическое литье.

Биметаллические заготовки (сталь 45, высокохромистый чугун) используют при производстве втулок повышенной эксплуатационной стойкости.При использовании биметаллических заготовок при изготовлении основных узлов и деталей машин и механизмов, работающих в экстремальных условиях, наряду со значительной экономией легирующих материалов, имеет место повышение эксплуатационной стойкости этих изделий в 2…3 раза.

Преимущества метода (по сравнению с литьем в песчаные формы):

1. Производительность труда при работе на центробежной машине увеличивается в 3 раза;

2. Отпадает потребность в площадях для формовки, в смесях,, в материалах для стержней, в оборудовании для сушки форм и стержней;

3. Возможность полной автоматизации или механизации процесса;

4. Получение отливок без литниковых систем;

5. Отливки имеют плотную мелкозернистую структуру и повышенные механические свойства.

 

Недостатки метода:

1. Необходимы спец.машины;

2. Формы должны быть повышенной прочности и герметичности;

3. Необходимость дозирования металла для получения нужного размера внутреннего отверстия отливки;

4. Необходимость больших припусков на механическую обработку:

- для наружных поверхностей – 1,5…2,5 мм;

- для внутренних поверхностей – 2,5…3,5 мм;

5. Усилие ликвации компонентов сплава по плотности.

Общие характеристики центробежного литья.

 

1. тип производства – серийный и массовый;

2. масса отливок – 0,1…3000 кг;

3. толщина стенок: ≥ 4мм;

3. достигаемая точность размеров – 12…15 квалитет;

4. шероховатость поверхности – 3…5 класс;

5. коэффициент использования металла – 0,7…0,8.