Специальные виды литья

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ГОРНО-АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Физико-математический факультет

Кафедра физики и МПМ

 

 

 

 

Реферат

 

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ

 

 

 

 

 

  Выполнил:

 Долгов А.С.                                                   2 курс, 612 группа

 

 

 

 

 

 

 

Горно-Алтайск  2014

Оглавление

 

 

 

1. Введение                                                                                                                       3
2. Краткий очерк истории развития литейного производства                                   4
3. Специальные способы литья                                                                                      5
4. Заключение                                                                                                                  17
5. Список литературы                                                                                                     18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

 

Литейное производство — один из старейших и до настоящего времени основных способов получения металлических изделий и заготовок для различных отраслей промышленности.

Литые детали используются не только в машиностроении и приборостроении, они применяются в домостроении и дорожном строительстве, являются предметами быта и культуры. Данный способ позволяет получать заготовки и детали из разных сплавов практически любой конфигурации, с любыми структурой, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких граммов до сотен тонн, с любыми эксплуатационными свойствами.

Литьем можно получить крошечные отливки деталей приборов весом в несколько граммов и огромные изделия, весящие сотни тонн. С помощью литья обрабатывается более половины (по весу) всех деталей машин.

Но есть у литья и свои недостатки. До последнего времени с его помощью нельзя было получить большой точности в изготовлении детали: отливку приходится еще обрабатывать резанием на станках. Только в последнее десятилетие были разработаны специальные виды точного литья — литье под давлением, по выплавляемым моделям, так называемое оболочковое литье. Точное литье успешно соревнуется с таким видом обработки, как, например, штамповка, и ей пришлось потесниться, уступить место в обработке многих точных деталей сложной формы литью.

Специальные способы литья, рассматриваемые в реферате, позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повысить механические свойства отливок и уменьшить потери от брака; значительно снизить или исключить расход формовочных материалов; сократить производственные площади; улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Большинство операций при специальных способах литья легко поддается механизации и автоматизации.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Краткий очерк история развития литейного производства

Литейное производство - одно из древнейших ремёсел, освоенных человечеством. Первым литейным материалом была бронза. Основными способами получения отливок из бронзы и сплавов серебра и золота были литье в каменные формы и литье по воску.

Каменные формы делали из мягких пород известняка, в которых вырезали рабочую полость. Обычно каменные формы заливали в открытую, так что одна сторона изделия, образуемая открытой поверхностью расплава, оказывалась плоской. При литье по воску сначала изготовляли восковые модели как точные копии будущих изделий. Эти модели погружали в жидкий глиняный раствор, который затем высушивали н обжигали. Воск выгорал, в образовавшуюся полость заливали расплав.

Стоит так же отметить художественное литье - один из древнейших способов обработки металлов, заключающийся в заливке их расплавов в специально приготовленные формы, внутренняя полость которых соответствует конфигурации, подлежащей изготовлению отливки.  
В древние времена для изготовления сложных изделий художественного литья использовали глиняные формы. Моделью изделия художественного литья служила восковая фигура, которую обмазывали глиной, оставляя отверстие для заливки металла и вывода газов. Форму прокалывали, при этом воск выплавлялся, она приобретала прочность, затем в неё заливали расплавленный металл.

Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (XV—XVI вв.). Бронзы и позже латуни на протяжении многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур.

В XVIII в. на первое место по массовости и универсальности выходит новый литейный материал — чугун, послуживший основой развития машинной индустрии в первой половине XIX в, К началу XX в. литейное производство цветных металлов и сплавов заключалось в получении фасонных отливок из оловянных бронз и латуней и слитков из меди, бронзы и латуней. Фасонные отливки изготовляли только литьем в песчаные формы (тогда говорили и писали «земляные формы», «литье в землю»). Следующий этап развития литейного производства цветных металлов и сплавов начался примерно с 1910—1920 гг., когда были разработаны новые сплавы, прежде всего на основе алюминия и несколько позже на основе магния. Освоение новых сплавов потребовало коренной перестройки технологии плавки и плавильного оборудования, применения новых формовочных материалов и новых способов изготовления форм. В 1940—1950 гг. произошел массовый переход от литья в песчаные формы к литью в металлические формы — кокили (алюминиевые сплавы, магниевые и медные) к литью под давлением (цинковые, алюминиевые, магниевые сплавы, латуни). В эти же годы в связи с производством литых турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов возродился на новой основе древний способ литья по воску, названный точным литьем и называемый теперь литьем по выплавляемым моделям. В настоящее время для получения литых деталей используется несколько десятков технологических процессов. Исторически сложилось деление этих способов на обычные, или литье в песчано-глинистые формы, и специальные – это все остальные виды литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьем.

 

3. Специальные способы литья

 

Главными признаками обычного традиционного метода литья в песчано-глинистые формы можно считать такие важнейшие характеристики литейной формы — основного инструмента технологического процесса, как то, что она разовая и разъемная. Литейная форма исполняется из дисперсных огнеупорных материалов, упрочняемых при изготовлении механическими, химическими, физическими или комбинированными способами.

Дополнительным, но обязательным признаком литья в песчано-глинистые формы является то, что заполнение формы расплавом ведется обычным гравитационным методом сверху из ковша через общепринятую литниковую систему.

Экономическая целесообразность замены литья в разовые песчано-глинистые формы тем или иным специальным способом зависит от масштаба производства, формы и размеров отливок, применяемых литейных сплавов и т.п. Она определяется на основе тщательного технико-экономического анализа всех затрат, связанных с новым технологическим процессом.

По использованию литейных форм специальное литье делится на группы.

Первая группа — литье в разовые неразъемные литейные формы из дисперсных материалов с сохранением гравитационного метода заполнения формы сверху из ковша через литниковую систему, как в традиционном способе.

Отличительной особенностью этих методов является использование разовой модели, которую для удаления из неразъемной формы разрушают каким-либо способом до заполнения формы расплавом или даже в процессе заполнения формы. В эту группу входят методы литья по выплавляемым, выжигаемым, растворимым, газифицируемым моделям. Наиболее распространенным в настоящее время в этой группе является литье по выплавляемым моделям, а новым и развивающимся процессом — литье с использованием моделей из фотополимерных материалов.

Вторая группа — литье в полупостоянные или постоянные разъемные формы с сохранением гравитационного метода заполнения формы сверху из ковша через литниковую систему.

Общей характеристикой этих методов является разборная литейная форма, состоящая из полупостоянных или постоянных и разовых элементов. Конструкция формы должна позволять извлекать из нее отливку без повреждения многократно используемых элементов формы. Основной метод в данной группе — литье в кокиль. Известен также метод литья в углеродные (графитовые) формы. Могут, видимо, применяться и другие материалы для многократно используемых элементов литейной формы.

Характерными признаками третьей группы методов являются дополнительные воздействия на расплав при заполнении формы и затвердевании отливки. Тип и конструкция литейной формы определяются в этих случаях требованиями к отливкам и параметрами воздействия на расплав и кристаллизующиеся отливки, главным образом, тонкостенные или отливки, сочетающие массивные и тонкие части. В числе этих требований следующие:

а) запрессовка металла в форму с высокими скоростями поршневой системой — литье под давлением. Этот способ предусматривает применение лишь металлических разъемных литейных форм (пресс-форм), не исключается применение стержней и формообразующих вставок из дисперсных огнеупорныхматериалов;

б) способы литья при регулируемом, относительно невысоком газовом давлении — литье под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием и др. В этих способах можно использовать разъемные и неразъемные литейные формы из любых материалов, обладающих достаточными огнеупорностью и прочностью;

в) центробежное литье фасонных отливок также связано с возможностью использования разнообразных известных конструкций литейных форм. Однако при центробежном литье тел вращения (труб, втулок, гильз и др.) обычно применяются формы специальной конструкции — изложницы;

г) к способам, основанным на других принципах заполнения форм, относятся литье выжиманием, литье погружением форм в расплав и др.

Воздействия на заливаемый в форму расплав, отмеченные в пунктах а), б), в) и г), продолжаются и после заполнения формы, что способствует определенному повышению плотности отливок и улучшению качества их поверхности.

Аналогично можно выделить методы, в которых наиболее значимо воздействие на расплав в период кристаллизации; их используют для получения особо плотных отливок и со специальной микроструктурой.

Четвертая группа — литье под всесторонним газовым давлением (автоклавное литье) с использованием литейных форм из различных материалов; литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка), в котором чаще всего используют металлические формы.

Пятая группа — методы литья, использующие воздействие на расплав, оказывающее существенное влияние на формирование микроструктуры отливок. В их числе методы с использованием электрического и электромагнитного воздействия на расплав до, во время или после поступления расплава в форму, обработка его ультразвуком и др.

Шестую группу образуют методы, основанные на формировании свойств отливок при непрерывных и полунепрерывных процессах литья. К этим процессам можно отнести: непрерывное литье с использованием стационарных и подвижных кристаллизаторов; литье вытягиванием из расплава и полунепрерывное литье, используемые для получения отливок постоянного профиля по длине; электрошлаковое литье; литье с последовательным заполнением; литье намораживанием и др. для получения фасонных отливок.

Седьмая группа — методы получения отливок с различными специальными свойствами, к которым можно отнести: армирование отливок; изготовление отливок из композиционных материалов и др.

Одним из наиболее распространенных является литье в кокиль. Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали.

Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливок из цветных или железоуглеродистых сплавов. Стойкость кокилей зависит от материала и размеров отливки и самого кокиля, а также от соблюдения режима его эксплуатации. Ориентировочно стойкость чугунных кокилей составляет 200000 оловянно-свинцовых, 150000 цинковых, 50000 алюминиевых или 100...5000 чугунных отливок. Кокили целесообразно применять как в массовом, так и в серийном производстве (при партии отливок не менее 300...500 штук).

Перед заливкой металла кокили подогревают до температуры 100...300 °С, а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Покрытие обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облегчение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. В процессе работы необходимая температура кокиля поддерживается за счет теплоты, выделяемой заливаемым металлом. После затвердевания отливку извлекают вытряхиванием или при помощи выталкивателя.

Кокильное литье позволяет снизить расход металла на прибыли и выпоры, получать отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшить их физико-механические свойства. Вместе с тем этот способ литья имеет и недостатки. Быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье в кокиль — основной способ серийного и массового производства отливок из алюминиевых сплавов, позволяющий получать отливки 4—6-го классов точности с шероховатостью поверхности Rz = 50-20 и минимальной толщиной стенок 3—4 мм. При литье в кокиль наряду с дефектами, обусловленными высокими скоростями движения расплава в полости литейной формы и несоблюдением требований направленного затвердевания (газовая пористость, оксидные плены, усадочная рыхлота), основными видами брака отливок являются недоливы и трещины. Появление трещин вызывается затрудненной усадкой. 
Особенно часто трещины возникают в отливках из сплавов с широким интервалом кристаллизации, имеющих большую линейную усадку (1,25—1,35 %). 
Предотвращение образования указанных дефектов достигается различными технологическими приемами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Типы кокилей: а —   вытряхной,   б — створчатый   с вертикальным разъемом:   в — с   горизонтальным разъемом, г- с комбинированным разъемом