Раздел 1. Получение заготовок методом литья.

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 21Следующая ⇒

▷ Похожие статьи

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Такое название в нашей стране получил способ, запатентованный в 1940-х гг. в Германии И. Кронингом (отсюда распространенное за рубежом название «кронинг-процесс»).

Традиционно этот способ относили к специальным видам литья, так как он требует использования для изготовления форм нагреваемой модельной оснастки. Но, по существу, данный способ входит в группу методов литья в разовые разъемные формы из дисперсных материалов.

Оболочковые разъемные формы обычно изготовляют из сыпучих термореактивных песчаных смесей с органическими связующими. В качестве связующего чаще всего используют фенолформальдегидные смолы (СФ-12, СФ-15 и др.) с добавкой уротропина в количестве 8 – 12% от содержания смолы. Расход смолы в смеси составляет 4 – 5 % массы огнеупорной основы – кварцевого песка или другого огнеупорного зернистого материала.

Основные операции изготовления форм. Оболочковая форма состоит из двух полуформ с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема.

Процесс изготовления оболочек из песчано-смоляной термореактивной смеси включает в себя следующие операции: нагрев модельной оснастки; нанесение на поверхность оснастки разделительного покрытия; нанесение на модельную оснастку песчано-смоляной смеси; формирование и затвердевание оболочки; съем готовой полуформы с модельной оснастки.

Методы изготовления оболочек различаются в основном способом нанесения песчано-смоляной смеси на модельную оснастку. Наиболее распространен способ свободной засыпки модельной оснастки смесью из поворотного бункера (рисунок 7.8).

Рисунок 7.8 – Схема технологического процесса изготовления оболочковых форм: а – подготовка модельной оснастки; б – засыпка модельной плиты смесью; в – удаление излишков смеси; г – окончательное затвердевание оболочки в печи; д – съем оболочковой полуформы с модельной плиты; е – склеивание оболочковых полуформ; ж – подготовка формы к заливке; 1 – модельная плита; 2 – модель отливки; 3 – литниковая система; 4 – плита толкателей; 5 – бункер со смесью; 6 – смесь; 7 – формирующаяся оболочка; 8 – элементы цен-трирования оболочковой полуформы при будущей сборке

При изготовлении верхней оболочковой полуформы металлическую модельную плиту 1 (рисунок 7.8, а) с моделью отливки 2 и литниковой системой 3 нагревают до 200 – 300^оС электронагревателями или газовыми горелками и наносят на нее тонкий слой разделительного покрытия. В качестве покрытия используют раствор синтетического термостойкого каучука в бензине. Этот состав обладает наиболее высокой стойкостью (до 50 съемов), реже применяют мазут.

Формовочную смесь 6 из бункера 5 насыпают на модельную плиту (рисунок 7.8, б) и выдерживают. Время выдержки обусловливает толщину прогретого слоя смеси до температуры плавления связующего, частичной его полимеризации и, соответственно, толщину формирующейся оболочки. Обычно используют оболочки толщиной 6 – 20 мм.

Плиту вместе с бункером переворачивают на 180о для удаления лишней непрогретой части смеси. После того, как смесь ссыпалась в бункер (рисунок 7.8, в), плиту с оболочкой снимают с бункера и помещают в печь (рисунок 7.8, г), где при 300 – 400^оС ее выдерживают I – 4 мин для окончательного затвердевания оболочки. При этом смола полимеризуется и переходит в твердое состояние.

После извлечения оснастки из печи твердую прочную оболочковую полуформу снимают с модельной плиты толкателями, приводимыми в движение через плиту толкателей 4 механизмом съема (рисунок 7.8, д). Таким же образом изготавливают нижнюю полуформу.

Перед сборкой обеих полуформ с верха стояка срезают закрывающую его часть оболочки, если это необходимо, в нижнюю полуформу устанавливают стержни и склеивают оболочки по разъему на специальных многоштыревых прессах (рисунок 7.8, е). Для склеивания оболочковых полуформ используют жидкие или порошкообразные клеи на основе термореактивных смол. Центрируются полуформы за счет выступов и впадин на разъеме 8, оформленных при изготовлении оболочек соответствующими элементами модельной оснастки.

К форме с горизонтальной плоскостью разъема приклеивают оболочку с полостью литниковой чаши. При вертикальной плоскости разъема формы в этом нет необходимости, так как все элементы литниковой системы располагаются в плоскости разъема основных оболочек.

Заливают оболочковые формы в контейнерах с засыпкой чугунной дробью (рисунок 7.8, ж). Засыпка увеличивает прочность формы, препятствуя ее деформации при заливке. Кроме того, чугунная дробь быстрее отводит теплоту от формы, предотвращая тем самым быстрый ее нагрев до температур разложения связующего, сопровождающийся распариванием – потерей прочности оболочки.

Существуют варианты нанесения песчано-смоляной смеси на модельную плиту свободной засыпкой с вибрацией, пескодувным способом и др. В оболочковых формах можно получать отливки массой до 50 кг практически из любых сплавов – чугуна, углеродистой и легированной стали, легких и тяжелых цветных сплавов.

Основные преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в обычные песчаные формы состоят в следующем: в несколько раз сокращается расход и объем переработки формовочных материалов; уменьшается трудоемкость ряда технологических операций, таких как приготовление формовочной смеси, изготовление форм, очистка отливок; уменьшается металлоемкость формовочного оборудования; снижаются первоначальные капитальные затраты и др. Недостатками способа в современных условиях являются: необход-имость изготовления форм в горячей оснастке; трудоемкость изготовления модельной оснастки, работающей при температурах до 300^оС; недостаточная термостойкость связующего для изготовления крупных или массивных отливок из чугуна и стали; повышенное выделение вредных веществ вследствие термического разложения смоляного связующего.

Однако благодаря заметным преимуществам в точности отливок рас-смотренный метод изготовления оболочковых форм интенсивно используется в крупносерийном и массовом производстве.

ДЕФЕКТЫ ОТЛИВОК

Дефекты отливок условно разделяют на поверхностные, внутренние, отклонения размеров и конфигурации, несоответствия по химическому составу, структуре и механическим свойствам металла.

Дефекты поверхности. Повышенная шероховатость отливок является следствием недостаточной подготовки поверхности пресс-формы, плохого качества поверхности модели, плохого смачивания поверхности моделей суспензией, пробивания первого слоя суспензии песком при обсыпке, образования в полости формы налета кремнезема («пушка»).

Рабочая поверхность пресс-формы должна быть тщательно очищена от остатков модельного состава, воды, лишнего смазочного материала. Суспензия плохо смачивает модели, если на их поверхности остаются следы смазочного материала пресс-формы, а также, если в модельном составе присутствуют компоненты, способствующие плохому смачиванию модели суспензией. Для устранения этого явления в суспензию вводят поверхностно-активные вещества (ПАВ), улучшающие смачивание модели суспензией. Пробивание первого слоя суспензии исключается благодаря повышению ее вязкости от применения для обсыпки первого слоя мелких песков марки 1К1О101.

Налет кремнезема в формах появляется при неполном гидролизе этилсиликата (ЭТС). Обычно это наблюдается при гидролизе малым количеством воды. В этом случае необходимо применять сушку в парах аммиака или увеличивать расход воды при гидролизе ЭТС.

Заливы, наплывы, «гребешки» на поверхности отливок образуются из-за проникания расплава в трещины оболочковой формы. Трещины в форме могут образоваться как следствие ее недостаточной прочности. В свою очередь, низкая прочность оболочковой формы вызывается использованием некачественных исходных материалов, плохим качеством гидролизованного раствора ЭТС или другого связующего, нарушениями режимов нанесения суспензии на модель и режимов сушки и прокаливания.

Обезуглероженный слой на отливках из углеродистых сталей можно уменьшить, вводя в состав суспензии карбюризатор. Можно также проводить термическую обработку отливок в среде, обеспечивающей насыщение их поверхности углеродом.

К внутренним дефектам отливок относятся следующие:

• засоры (открытые или закрытые полости в теле отливки, заполненные материалом оболочковой формы) – обычно образуются из-за попадания песчинок в форму при формовке в сыпучий наполнитель, а также смывания расплавом «заусенцев» на форме, образующихся между моделью и литниковой системой при небрежной пайке;
• усадочные раковины и пористость – возникают из-за недостаточного питания отливки при затвердевании, при чрезмерно высокой температуре расплава и формы, из-за нарушений химического состава расплава;
• газовые раковины – образуются как следствие недостаточной газопроницаемости оболочковой формы и образования «воздушных мешков» при неправильной конструкции литниково-питающей системы;
• горячие трещины – являются результатом нетехнологичности конструкции отливки (сочетание тонких и массивных стенок, наличие острых углов, недостаточных размеров галтелей и переходов и т.д.), а также высокой температуры заливки и недостаточной податливости формы.

Отклонения размеров и конфигурации отливки от заданных могут быть вызваны разными причинами. Главными из них являются нестабильность усадки модельного состава и деформация оболочковой формы в процессе прокаливания, а также нестабильность усадки металла отливки. На точность размеров и конфигурации отливки влияют также режимы сушки и прокаливания оболочковой формы.

На нестабильность усадки пастообразных модельных составов в большой степени влияет, например, воздух, содержащийся в них. Воздух уменьшает объемную усадку модели, но вследствие непостоянства его содержания в разных моделях в партии вызывает существенную нестабильность размеров моделей при усадке.

На деформацию оболочковой формы наибольшее влияние оказывают полиморфные превращения ее материала при нагреве и вызванные ими изменения размеров рабочей полости. Поэтому перспективными для получения точных форм и соответственно отливок являются материалы, не имеющие полиморфных превращений при нагреве и охлаждении и обладающие малым ТКЛР (плавленый кварц, высокоглиноземистый шамот и т.д.).

Несоответствия химического состава и структуры отливок заданным могут быть вызваны отклонениями в составе шихтовых материалов, нарушениями режимов плавки сплава и режимов охлаждения отливки в форме.

Несоответствие механических свойств отливки заданным обычно вызывается несоответствием химического состава и структуры требуемым, а также наличием усадочных дефектов (раковин и пористости) в отливке, повышенным содержанием газов в металле. Кроме использования известных металлургических средств для устранения этих дефектов внимание следует обращать также на технологичность конструкции отливки, конструкцию литниково-питающей системы, которая должна обеспечить питание усадки отливки, и на взаимное расположение отливок в блоке и отливок относительно элементов литниково-питающей системы.

РАЗДЕЛ 2. СВАРКА В ОСНОВНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРИ РЕМОНТЕ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ. ВИДЫ СВАРКИ Дуговая сварка При этом способе тепло для плавления получают от электрической дуги, возникающей в узком разрыве электрической цепи между сварочным электродом и изделием. Электрическое сопротивление этого зазора поднимает температуру до 4500 - 6000°С, в результате чего расплавляется конец электрода и участок детали, подлежащий соединению посредством сварки. После остывания металла получается сварочный шов, по прочности не уступающий основному металлу изделия. Яркий голубой свет и эффектный фонтан искр являются отличительной чертой дуговой сварки. Особым видом дуговой сварки является плазменная сварка, при которой нагрев осуществляется сжатой дугой.

Газовая сварка

При газовой сварке разогрев свариваемой кромки происходит при помощи газопламенной ее обработки. Пламя, полученное при выходе из газовой горелки, создает температуру до 3000°С и позволяет не только проводить сварку металлических кромок отдельных деталей, но и резать металл, нагревать его для гибки и т.д.

Лучевая сварка

Тепло в зоне сварки при лучевой сварке получают, бомбардируя сварочную кромку направленным электронным или фотонным потоком. Электронный поток получают при помощи специального прибора - электронной пушки, а фотонный поток создают в лазерных установках.

Термитная сварка

При термитной сварке используют тепло, полученное в результате сжигания термитной смеси, состоящей из алюминия и оксидов железа.

Электрошлаковая сварка

При электрошлаковой сварке плавление кромок свариваемых деталей получают теплом, возникающим при прохождении электрического тока через расплавленный электропроводный шлак.

Кузнечная сварка

Кромки свариваемых деталей нагревают в специальных печах-горнах до требуемой температуры, а затем при помощи ударного механического воздействия соединяют между собой. Если для соединения деталей используют механические прессы, а для нагрева - все ранее перечисленные способы термического воздействия, то такой вид сварки называют прессовым.

Контактная сварка

Соединяемые детали сдавливают между собой, а тепло для сварки получают при прохождении электрического тока через контактную часть деталей. В зависимости от размеров контактной части свариваемых деталей различают точечную, стыковую, шовную и рельефную контактную сварку. Этот вид получил одно из ведущих мест в машиностроении, так как является наиболее экономичным и производительным. Контактная сварка легче всего поддается механизации и автоматизации, где механические роботы заменяют человека со сварочным электрододержателем.

Диффузионная сварка

Сварку деталей получают за счет диффузии атомов из одной детали в другую, возникающей при относительно небольшом длительном нагреве и пластической деформации, получающейся от механического давления.

Сварка трением

При сварке трением нагрев свариваемых деталей получают за счет сил трения, возникающих при вращении деталей относительно друг друга при одновременном сдавливании их между собой.

Холодная сварка

При сильном сдавливании деталей между собой получается пластическая деформация металла, при которой атомы двух деталей настолько близко сближаются, что между ними возникают силы взаимодействия. В результате этого получается достаточно прочное соединение деталей, называемое холодной сваркой.

Сварка взрывом

Сближение атомов между собой может происходить в результате направленного взрыва, при котором частицы быстро движутся навстречу друг другу и, соударяясь, сближаются между собой настолько, что между ними возникают силы взаимодействия.

Ультразвуковая сварка

Силы взаимодействия между атомами при ультразвуковой сварке возникают в результате колебаний кристаллической решетки металла под действием ультразвуковых колебаний.

Рис.1. Соединения сварные: А — стыковые; Б — угловые; В — нахлесточные; Г — тавровые	Рис. 2. Основные положения сварных швов в пространстве: А — стыковые; Б — угловые; 1 — нижнее; 2 — горизонтальное; 3 — вертикальное; 4 — потолочное

Тавровым называют соединение, в котором к плоскости одного элемента приложен торец другого соединения под определенным углом.
Сварочные швы

Участок сварного соединения, сформированный как результат кристаллизации расплавленного металла, называется сварочным швом. В отличие от соединений сварные швы бывают стыковыми и угловыми (рис. 2).

Стыковой — это сварной шов стыкового соединения. Угловой — это сварной шов углового, нахлесточного и таврового соединений.

Сварочные швы различают по количеству слоев наложения, ориентации их в пространстве, по длине и т.д. Так, если шов полностью охватывает соединение, то его называют сплошным. Если в пределах одного соединения шов разрывается, то его называют прерывистым. Разновидностью прерывистого шва является прихваточный шов, который применяют для фиксации элементов относительно друг друга перед сваркой. Если сварочные швы накладывают один на другой, то такие швы называют многослойными.

По форме наружной поверхности сварочные швы могут быть плоскими, вогнутыми или выпуклыми. Форма сварочного шва оказывает влияние на его физико-механические свойства и на расход электродного металла, связанный с его формированием. Наиболее экономичны плоские и вогнутые швы, которые, к тому же, лучше работают при динамических нагрузках, так как отсутствует резкий переход от основного металла к сварному шву. Чрезмерный наплыв выпуклых, швов приводит к перерасходу электродного металла, а резкий переход от основного металла к сварному шву при концентрированных напряжениях может вызвать разрушения соединения. Поэтому при изготовлении ответственных конструкций выпуклость на швах снимают механическим способом (фрезы, абразивные круги и т.д.).

Различают сварочные швы по их положению в пространстве. Это нижние, горизонтальные, вертикальные и потолочные швы.

Элементы геометрической формы подготовки кромок под сварку

Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку (рис. 3, а) являются: угол разделки кромок α; зазор между стыкуемыми кромками а; притупление кромок S; длина скоса листа L при наличии разности толщин металла; смещение кромок относительно друг друга δ.

Угол разделки кромок выполняется при толщине металла более 3 мм, поскольку ее отсутствие (разделки кромок) может привести к непровару по сечению сварного соединения, а также к перегреву и пережогу металла; при отсутствии разделки кромок для обеспечения провара электросварщик всегда старается увеличить величину сварочного тока.

Разделка кромок позволяет вести сварку отдельными слоями небольшого сечения, что улучшает структуру сварного соединения и уменьшает возникновение сварочных напряжений и деформаций.

Зазор, правильно установленный перед сваркой, позволяет обеспечить полный провар по сечению соединения при наложении первого (корневого) слоя шва, если подобран соответствующий режим сварки.

Длиной скоса листа регулируется плавный переход от толстой свариваемой детали к более тонкой, устраняются концентраторы напряжений в сварных конструкциях.

Притупление кромок выполняется для обеспечения устойчивого ведения процесса сварки при выполнении корневого слоя шва. Отсутствие притупления способствует образованию прожогов при сварке.

Смещение кромок ухудшает прочностные свойства сварного соединения и способствует образованию непровара и концентраций напряжений. ГОСТ 5264—69 допускает смещение свариваемых кромок относительно друг друга до 10% толщины металла, но не более 3 мм.

Рис. 3. Элементы геометрической формы: а — подготовки кромок под сварку, б — шва

Рис. 4. Примеры классификации сварных швов

Схема кислородно-дуговой резки металла

При этом способе резки металл нагревается дугой, возбуждаемой между трубчатым электродом и обрабатываемым изделием. Струя кислорода, поступающая из отверстия трубки, попадая на нагретую поверхность, окисляет металл по всей его толщине.

Электродами служат трубки из низкоуглеродистой или нержавеющей стали при наружном диаметре 5 — 7 мм. Внутренний диаметр трубки может быть 1 — 3,5 мм. Наружную поверхность электрода покрывают специальным покрытием, предохраняющим электрод от замыкания с обрабатываемым металлом при его опирании и перемещении. Кислородно-дуговую резку также выполняют и угольным электродом. Наиболее широкое распространение способ кислородно-дуговой резки нашел при подводных работах.

Схема оборудования поста для кислородно-дуговой резки стальным стержневым электродом: 1 — сварочный трансформатор, 2 — регулятор, 3 — рубильник, 4 — провода, идущие к держателю, 5 — электрододержатель, 6 — электрод, 7 — резак РГД-1-56, 8 — кислородный шланг, 9 — баллон с кислородом, 10 — редуктор

Схема воздушно-дуговой резки металла: 1 — разрезаемый металл; 2 — электрод; 3 — воздушно-дуговой резак; 4 — разрезанный металл; 5 — струя воздуха

Для воздушно-дуговой резки применяют угольные или графитовые электроды. Графитовые электроды более стойки, чем угольные. По форме электроды бывают круглыми и пластинчатыми. Величину тока при воздушно-дуговой резке определяют по следующей зависимости:

I = K ּd,

где I — ток, А; d — диаметр электрода, мм; K— коэффициент, зависящий от теплофизических свойств материала электрода, равный 46—48 А/мм, для угольных электродов и 60—62 А/мм для графитовых.

Источниками питания для воздушно-дуговой резки служат стандартные сварочные преобразователи постоянного тока или сварочные трансформаторы.

Питание резака сжатым воздухом осуществляют от цеховой сети, имеющей давление 4—6 кгс/см2, а также от передвижных компрессоров. Применение сжатого воздуха при воздушно-дуговой резке давлением выше 6 ат нецелесообразно, так как сильная воздушная струя резко снижает устойчивость горения дуги.

Воздушно-дуговую резку разделяют на поверхностную строжку и разделительную резку.

Поверхностную строжку применяют для разделки дефектных мест в металле и сварных швах, а также для подрубки корня шва и снятия фасок. Фаску можно снимать одновременно на обеих кромках листа. Ширина канавки, образующаяся при поверхностной строжке, на 2—3 мм превышает диаметр электрода.

Установка воздушно-дуговой резки: 1 — резак; 2 — воздух; 3 — источник питания дуги

Воздушно-дуговую разделительную резку и строжку применяют при обработке нержавеющей стали и цветных металлов. Она имеет ряд преимуществ перед другими способами огневой обработки металлов, так как более проста, а также более дешевая и более производительная.

В табл. 1 приведены режимы разделительной воздушно-дуговой резки угольным электродом, а в табл. 2 приведены данные по разделке корня шва, выполненного встык с К-образной подготовкой кромок.

Таблица 1. Режимы разделительной воздушно-дуговой резки

Таблица 2. Режимы поверхностной воздушно-дуговой резки

Рис. 1. Принципиальная схема процесса плазменно-дуговой резки: 1 — вольфрамовый электрод, 2 — медное водоохлождаемое сопло, 3 — наружное сопло, 4 — плазменная струя, 5 — разрезаемый металл, 6 — изоляционная шайба, 7 — балластное сопротивление, 8 — источник питания	Рис. 2. Принципиальная схема процесса плазменно-дуговой резки: а — прямого действия, б — косвенного действия
	Рис. 3. Конструкция горелки для плазменно-дуговой резки: 1 — магнезитовое кольцо, 2 — сопло, 3 — резиновая прокладка, 4, 6, 8, 10 — изоляционное покрытие, 5 — резиновая трубка, 7 — соединительная гайка, 9 — пробка, 11 — катодный узел, 12 — резиновая прокладка, 13 — корпус сопла, 14 — соединительная гайка, 15 — наружное сопло

В зависимости от применяемой электрической схемы плазменная резка металлов может выполняться независимой и зависимой дугами. Схема плазменной резки дугой прямого действия приведена на рис. 2, а, а дугой косвенного действия на рис. 2, б. Конструкция плазменной горелки приведена на рис. 3. В таблице приводятся ориентировочные режимы резки.

Плазмообразующий газ — система, преобразующая подводимую электрическую энергию в тепловую, передаваемая разрезаемому металлу. Поэтому желательно, чтобы газ имел высокий потенциал ионизации и находился в молекулярном состоянии. Такими газами являются аргон, азот, водород, гелий, воздух и их смеси.