Литье стали

Вследствие направленного затвердевания  и непрерывного питания при усадке в слитках непрерывной разливки отсутствуют усадочные раковины, они имеют плотное строение и  мелкозернистую структуру. Поверхность  слитка получается хорошего качества. Выход годных заготовок может достигать 96-98% от массы разливаемой стали.

УНРС имеют один, две, три, четыре и более кристаллизатора (до восьми), что делает возможным одновременную  заливку нескольких слитков.

1.2 Литье в песчаные формы.

Независимо от способа литья  отливки получают в литейной форме, полость которой соответствует конфигурации отливки.

Литейная форма – элемент, образующий рабочую полость, при заливке  которой расплавленный металл формирует  отливку. Форму изготовляют из формовочной  смеси, состоящей из формовочных материалов (песка, глины и добавок воды, связующих материалов и т.д.).

Формовочная смесь – многокомпонентная  смесь формовочных материалов, состав которой соответствует условиям технологического процесса изготовления неметаллических литейных форм. Формовочную смесь засыпают в литейные опоки и выполняют в них отпечаток модели.

Литейная опока – приспособление для удержания формовочной смеси  при изготовлении литейной формы, ее транспортировке и заливке жидким металлом.

Модель имеет конфигурацию внешней  поверхности отливки; ее изготовляют из древесины или металла. Внутренняя поверхность отливки образуется с помощью литейного стержня, который устанавливают в форму.

Литейный стержень – элемент  литейной формы для образования  отверстия, полости или иного  сложного контура в отливке. Литейные стержни выполняют из стержневой смеси, состоящей из песка и связующих материалов. Между полостью формы и стержнем образуется пространство, заливаемое жидким металлом. После его затвердевания образуется отливка.

Из формовочных смесей изготовляют формы, а из стержневых смесей – стержни. Смеси приготовляют из песка, глины, связующих материалов и др. Формовочные материалы (песок и глина) должны иметь определенные свойства, поэтому их добывают из заранее исследованных карьеров. Формовочные и стержневые смеси должны иметь хорошую пластичность, текучесть, газопроницаемость, достаточно высокую прочность и противопригарность.

Для стальных отливок формовочные  и стержневые смеси должны обладать большой противопригарностью, поэтому  в них вместо обычной глины добавляют более огнеупорную глину. Для изготовления крупных отливок формовочную смесь приготовляют из хромистого железняка.

Литье в песчаные формы включает следующие основные этапы:

изготовление литейной формы;

изготовление стержней;

сборка форм;

заливка форм сплавом;

выбивка отливок из песчаной формы;

очистка и обрубка отливок.

Литейную форму изготовляют  в следующей последовательности: устанавливают на модельную плиту  опоку и на нее наполненную  рамку, высота которой соответствует  степени уплотнения формовочной смеси в форме. Из бункера засыпают формовочную смесь в опоку и рамку, уплотняют ее, затем модель извлекают из формовочной смеси. В результате образуется литейная форма. Формовочную смесь в форме уплотняют различными способами – вручную с помощью трамбовки и машинами (прессованием, встряхиванием, сбрасыванием комков смеси с большой скоростью пескометом или пескострельной машиной). Кроме того, форму изготовляют заливкой текучей формовочной смеси в опоку с последующим ее затвердеванием.

Изготовление форм для стальных отливок отличается применением прибылей для питания большой (6%) объемной усадки стали. При этом надо учитывать, что сталь имеет пониженную жидкотекучесть и высокую температуру заливки. Часто масса прибыли приближается к массе отливке. В среднем масса прибыли составляет 0,6 от массы отливки.

Стержни изготовляют из стержневой смеси. Стержневую смесь уплотняют  в стержневом ящике вручную или  машинным способом. Сложные и крупные  стержни изготовляют по частям, а  затем эти части склеивают и собирают в узлы, после чего ставят в форму. В единичном и мелкосерийном производствах для крупных стержней применяют дешевые органические связующие материалы.

Стержни сушат для увеличения их прочности и газопроницаемости. Связующие материалы, находящиеся в стержневой смеси, во время сушки при определенной температуре (150-300°С), спекаются, окисляются или в них происходят химические реакции, благодаря которым частицы песка склеиваются. Сушат стержни в сушилах непрерывного действия

Отделка и контроль сухих стержней является обязательными операциями перед установкой их в форму. Часто стержни окрашивают противопригарной краской, улучшающей поверхность отливки.

При сборке форм небольшие стержни  устанавливают вручную, большие  – с помощью крана. Если стержень по ряду причин не может быть устойчиво установлен в форму, применяют жеребейки (специальное металлическое приспособление, применяемое при установке и закреплении в определенном положении стержня в литейной форме для получения нужной толщины тела отливки). Они предохраняют стержни от провисания или всплывания при заполнении формы металлом. Эти жеребейки заваривают в стенки отливки.

Сплав заливают в форму с помощью  ковша, конструкция которого зависит  от емкости и свойств заливаемого  сплава. Чаще применяют барабанные ковши. Ковш от плавильных печей к месту разливки перевозят мостовым краном или по монорельсовому пути.

Формы заливают на рольганговых транспортерах  и на движущихся тележках конвейера. При заливке формы подвергаются давлению жидкого металла, который стремиться приподнять верхнюю опоку, отчего по разъему может образоваться щель и металл выльется через нее из формы. Во избежание этого верхнюю полуформу скрепляют с нижней скобами или помещают на нее груз.

Для стального заливаемого сплава ориентировочно принимают температуру от 1500ºС до 1600ºС. Температура заливаемого сплава зависит от толщины стенок отливки: чем меньше толщина отливки, тем выше температура.

После заливки и охлаждения металла  в форме отливку из нее удаляют (выбивают), при этом форма разрушается. С места выбивки отливки транспортируют в отделение выбивки стержней или непосредственно в отделение очистки и обрубки отливок. Стержни выбивают из отливки вибрационными установками или струей воды. Воду тонкой струей под давлением 235-980 кН/м2 направляют на стержень. Вода с песком стекает в особый отстойник.

Последним этапом изготовления отливок  в песчаные формы является процесс  очистки и обрубки отливок.

Литники стальных отливок удаляют  чаще всего дисковыми пилами. Прибыли  удаляют газовой резкой.

После выбивки отливок из формы  на их поверхности остается пригоревшая  формовочная смесь и заусенцы, которые очищают в обрубном отделении  цеха. Основными способами очистки  отливок являются:

1) дробеметная или дробеструйная  обработка, при которой струю  чугунной или стальной дроби направляют на поверхность отливки с большой скоростью;

2) обработка  ударным действием гидравлической  или пескогидравлической струей, при которой на поверхность  отливки направляют струю воды  с песком под давлением 35 атмосфер  и очищают ее от пригоревшей к ней формовочной смеси.

Остатки питателей и заусенцев обрубают и обдирают абразивным кругом или  на обрезных прессах. На заводах массового  производства применяют абразивные автоматы и полуавтоматы.

Глава 2. Специальные способы литья отливок из стали.

2.1 Литье точных отливок в  разовых формах.

Развитие массового производства отливок привело к разработке новых специальных способов литья: в разовые формы, в полупостоянные формы, в металлические формы.

При производстве точных отливок в разовые формы исключается или уменьшается механическая обработка отливок. К таким способам литья относится литье в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, литье в гипсовые и стеклянные формы, литье по пенополистироловым моделям.

В полупостоянных формах (из шамота, металлокерамики, графита), без их разрушения можно получить несколько десятков и даже сотен отливок.

В металлической  форме можно изготовить несколько  тысяч отливок с размерами  большой точности. К литью в  металлические формы относятся  литье в кокиль, центробежное литье, литье под давлением и др.

Литье в оболочковые формы – процесс  получения отливок путем свободной  заливки расплавленного металла  в оболочковые формы из термореактивных  смесей.

Этот  способ литья является разновидностью литья в разовые песчаные формы, обеспечивает получение отливки с высоким качеством поверхности. Оболочковые формы изготовляют из смеси, которая состоит из кварцевого песка и синтетической смолы (6-7% фенолформальдегидной) в виде порошка. Фенолформальдегидная смола при 70°С размягчается, а при температуре свыше 120°С плавится, превращаясь в жидкую клейкую массу. Через несколько секунд и по мере увеличения температуры смола становится твердой и вторичному расплавлению не поддается. При 450°С смола начинает выгорать. На свойстве смолы, переходить из жидкого состояния в необратимое твердое состояние, основаны способы получения оболочковых форм. Оболочковая форма из песчано-смоляной смеси после заливки металлом легко разрушается, освобождая отливку.

Литье по выплавляемым моделям. Этим способом литья изготовляли литые скульптуры много столетий назад. В машиностроении его начали применять в 40-х годах 20 века.

Этот  способ изготовления отливок трудоемок  и дорог. Однако его применение во многих случаях оправдано, например, при получении точных отливок без последующей механической обработки, при изготовлении деталей со сложной и трудоемкой механической обработкой, при использовании труднообрабатываемых сплавов (высоколегированных сталей и др.) и т.д.

Имеется большое число вариантов изготовления отливок по выплавляемым моделям, а также рецептур модельных и формовочных смесей.

Наиболее  часто применяют смесь: 50% парафина и 50% стеарина. Расплавленный легкоплавкий сплав из печи заливают под небольшим  давлением в пресс-форму. При этом получают легкоплавкую модель точных размеров.

После затвердевания легкоплавкую модель вынимают из пресс-формы, собирают в блоки с общей литниковой системой и погружают в огнеупорную  суспензию, состоящую из 30% гидролизованного раствора этилсиликата (обладает большой  клейкостью) и 70% кварцевой муки. Затем блок моделей посыпают сухим песком и сушат на воздухе. Повторяя эти операции несколько раз, получают форму толщиной 5-8мм.

Модель выплавляется из формы с  помощью горячего воздуха при 120-150°С, паром или горячей водой. Для  крупных отливок облицованную и просушенную форму с литниковой системой помещают в металлический жакет и засыпают песком, уплотняют или засыпают металлической дробью.

Готовую форму прокаливают до температуры 850-900°С, при которой остатки легкоплавкого  состава выгорают. Форма при этом превращается в прочную керамическую оболочку.

Форму заливают расплавленным сплавом. При необходимости сплав подают в форму под действием центробежных сил.

После затвердевания металла блоки  отливок выбивают из опок. Керамическую корку отбивают. Для удаления керамической корки с детали, имеющей отверстия и внутренние каналы, отливки выщелачивают при 120°С в ванне с щелочным раствором с последующей промывкой их в горячей воде. После контроля отливок отрезают литники и зачищают их остатки. На многих заводах при литье по выплавляемым моделям все процессы изготовления отливок механизированы и автоматизированы.

В промышленности начали применять  следующие способы получения  точных отливок: литьем по выжигаемым, растворяемым, размораживаемым и  по газифицируемым моделям. Наиболее перспективным из этих способов литья является способ с применением моделей из пенопласта (пенополистирола) или, как его называют, литьем по газифицируемым моделям.

Особенность литья по пенопластовым  моделям – применение неразъемных  форм, из которых модель не извлекается, газифицируется за счет теплоты расплавленного металла. Таким способом получают отливки массой от 0,2кг до нескольких тонн.

Пенополистирол, из которого изготовляют  модель, имеет малую плотность, разлагается  при 300-350°С, выделяя пары стирола, легко обрабатывается, даже простым ножом и разогретой проволокой.

В единичном производстве пенопластовые  модели изготовляют механической обработкой вручную с помощью пил, рубанка, фуганка и на станках (строгальных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных). Модели часто изготовляют по частям, которые затем соединяют склеиванием, сваркой, спеканием.

В крупносерийном производстве модели из полистирола получают методом  вспенивания в металлических  или пластмассовых формах. В форму, полость которой имеет конфигурацию и размеры модели, загружают полистироловые гранулы. При нагревании гранулы вспениваются, расширяются, спекаются между собой, полностью заполняют полость формы. После охлаждения модель извлекают из формы.

Пенопластовую модель формуют в  опоке обычным способом. Формовочную смесь чаще уплотняют на встряхивающих и вибрационных станках.