Основы технологии производственных процессов

Готовые детали из механического цеха направляются в сборочный цех, куда поступают готовые детали их других цехов. Механические и сборочные цехи часто располагаются в одном здании, что сокращает расходы на внутризаводскую транспортировку деталей и узлов. Наиболее распространенными процессами в машиностроении литье, прокатка, волочение и прессование, ковка штамповка сварка, процессы механической обработки (обработка резанием).

11.2.Сущность литейного производства. Методы литья

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полученную форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердения металла в форме получается отливка, т.е. заготовка или деталь.

В структуре себестоимости литья  основную долю составляют затраты на металл (до 80%). Производя технико-экономический анализ литейного производства, особое внимание необходимо обращать на те стадии и элементы технологического процесса, которые непосредственно связаны с возможными потерями металла на угар, разбрызгивание, брак и т.д.. Себестоимость литья зависит от объема производства, уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии- принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась и включает 4 основных этапа:

1.Плавка металла.

2.Изготовление формы и стержней.

3.Заливка жидкого металла в  форму.

4.Извлечение затвердевшей отливки из формы.

Преимущества литейного производства:

• возможность получения сложных тонкостенных отливок при рациональном использовании металла;
• низкая себестоимость продукции;
• относительная простота получения отливок.

Недостатки литейного производства:

• низкая производительность труда;
• неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок.

Существуют следующие способы литья:

• литье в разовые песчано-глинистые формы (земляные);
• литье в кокиль (постоянные металлические формы);
• литье под давлением;
• центробежный способ литья;
• литье по выплавляемым моделям;
• литье в оболочковые формы или корковое литье;
• литье в тонкостенные разовые формы;
• электрошлаковое литье.

Все вышеперечисленные способы  литья, кроме литья в земляные формы, называются специальными способами литья. Отливки широко применяются в машиностроении, металлургии, строительстве.

Наиболее распространенный и относительно простой способ литья- литье в разовые песчано-глинистые формы. Этим методом получают до 80% отливок. Песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям. Крупные отливки изготовляют в почве, мелкие- в опочных формах.

Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной (рис. 11.2.1) и заключительной.

В подготовительную стадию входит конструирование  и изготовление модельной оснастки.

 

Приготовление формовочной смеси			Приготовление стержневой смеси			Плавка  литейного сплава
Изготовление  полуформы			Изготовление  стержней			Разливка в  ковш
Сушка полуформы			Сушка стержней
			Сборка формы
			Заливка формы
			Выбивка форм (извлечение отливок)
			Очистка и обрубка отливок

 

Рис.11.2.1 Технологический процесс основного производства отливок в опочных формах.

 

Заключительная стадия-это контроль качества отливок. В результате проверки годные отливки поступают на термообработку и окраску. Бракованные отливки подлежат сортировке: на отливки, подлежащие исправлению и отливки представляющие окончательный брак. Исправленные отливки поступают на термообработку и окраску, а окончательный брак поступает на плавку.

Технологический процесс основного  производства отливок изображен на рис.11.2.1

Модели изготовляют из дерева, пластмассы или металла, которые изготавливают в модельных цехах. Для того, чтобы модели легко извлекались из формы, их делают разъемными. Модель сообщает форме только наружные очертания будущей детали. Для получения отливок с отверстиями на моделях в соответствующих местах предусматривают выступы-стержневые знаки, которые оставляют в форме отпечатки для установления стержней. Место, занимаемое в форме стержней, не заполняется металлом и в отливке после удаления стержня образуется отверстие. Для заливки жидкого металла устраивают систему каналов- литниковую систему, которая служит также для задержки шлака и выхода воздуха из полости формы.

В качестве основного формовочного материала для приготовления формовочной и стержневой смеси применяются кварцевые пески определенной зернистости и жароупорности.

К вспомогательным материалам относятся  крепители (олифа, льняное масло), служащие для придания прочности стержневой смеси; связующие вещества (увлажненная глина, жидкое стекло, декстрин); вещества, увеличивающие газопроницаемость смеси (опилки и торфяная крошка); противопригарные материал-графит; каменноугольная пыль.

Основная операция в технологическом  процессе изготовления отливок-формовка, т.е. наполнение опок формовочной смесью и наполнение стержней стержневой смесью, а также уплотнение смеси. Это сложная и трудоемкая операция. В условиях массового и крупносерийного производства мелких и средних по массе отливок применяется машинная формовка, ручная формовка находит применение в индивидуальном и мелкосерийном производстве, а также при производстве крупных отливок. Сущность машинной формовки заключается в механизации основных операций- наполнения опок формовочной смесью, уплотнения смеси и удаления моделей из форм.

После затвердения и охлаждения до определенной температуры, при которой отливки приобретают достаточную механическую прочность, производится выбивка из форм; стержни выбиваются позднее, после дополнительного охлаждения отливок.

Сущность процесса выбивки заключается в разрушении формы и освобождения отливок от окружающей их формовочной смеси. В современных литейных цехах процесс выбивки механизирован.

После выбивки производится обрубка  и очистка отливок. Обрубка заключается в отделении от отливок прибылей, выпоров и заливов. Эта тяжелая операция, трудно поддается механизации и осуществляется с помощью пневматических зубил, ленточных пил, газовой резки.

Очистка заключается в удалении пригара формовочной земли, мелких заусениц. Перед отправкой в механические цехи стальные отливки подвергаются термической обработке: отжигу или нормализации для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла.

Специальные способы  литья имеют ряд преимуществ:

1. Отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности;
2. Уменьшается расход металла и трудоемкость механической обработки;
3. Повышаются механические свойства отливок и уменьшаются потери от брака;
4. Значительно снижается или исключается расход формовочного материала;
5. Сокращаются производственные площади;
6. Повышается производительность труда и улучшаются санитарно-гигиенические условия.
7. Большинство операций легко поддаются механизации и автоматизации.

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. Она определяется на основе тщательного технико-экономического анализа всех затрат, связанных с новым техногическим процессом.

Литье в кокиль.

Является одним из наиболее распространенных специальных способов. Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали. Сущность этого способа заключается в следующем: перед заливкой металла кокили подогревают до определенной температуры ,а рабочие поверхности , контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. После затвердения отливку извлекают вытряхиванием или при помощи выталкивателя.

Преимущества: отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшаются их физико-механические свойства.

Недостатки: быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы и вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением.

Сущность способа заключается  в том, что жидкий или кашицеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют. Этим способом производят детали приборов: фотоаппаратов, мотоциклетных двигателей, счетных машин.

Преимущества: в условиях массового производства экономически оправдан этот метод, так он позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10-12 раз, трудоемкость механической обработки, высокая точность изготовления и обеспечение повышенных механических свойств отливок, экономия металла, создается возможность полной автоматизации процесса.

Центробежный способ литья.

Сущность способа состоит в  заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает. Применяется для получения отливок типа тел вращения (втулок, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов и биметаллов.

Преимущества: высокая производительность, дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (например, стали и бронзы); простота самого процесса; высокое качество отливок.

Недостатки: высокая стоимость форм и оборудования; ограниченность номенклатуры отливок.

Литье по выплавляемым (вытапливаемым) моделям.

Сущность заключается в следующем. Металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Вытапливание моделей из керамических оболочек производится горячим воздухом или горячей водой. Модельный материал собирается для повторного использования, а полученная керамическая литейная форма поступает на прокаливание, после чего производится заливка жидкого металла в горячую форму, после охлаждения отливку подвергают очищению.

Преимущества: получают разнообразные сложные отливки для автотракторостроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов турбин, режущих и измерительных инструментов; большинство операций легко поддается механизации и автоматизации.

Недостатки: высокая стоимость отливок.

Литье в оболочковые  формы (корковое литье).

Сущность заключается в том, что формовочную смесь ,состоящую из мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной синтетической смолы загружают в бункер. Формовка производится по металлическим моделям. Модель закрепляют на подмодельной плите и нагревают до определенной температуры и наносят на их рабочую поверхность тонкий слой разделительного состава. После этого модельной плитой закрывают модель внутри и поворачивают на 180 . Смесь падает на нагретую модель, смола плавится и через 15-25 сек. на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. Бункер снова поворачивают на 180, оставшаяся смесь осыпается на дно бункера , а модельная плита с полутвердой оболочкойй помещается в печь для окончательного твердения, а затем при помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели., после чего происходит сборка полуформ при помощи металлических скоб или быстротвердеющего клея. Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи сухим песком или чугунной дробью и заливают металлом. После затвердения отливки оболочковая форма легко разрушается.