Специальные виды литья

1. Изготовление отливоклитьем по выплавляемым  моделям
1.1Сущность метода и область применения.Сущность состоит в том, что по неразъемнойлегкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. Модели из этойформы выплавляют, а образовавшуюся полость заливают жидким металлом. При этомспособе получаемые отливки настолько точны, что объем механической обработки,уменьшается на80… 100% ив1,5...2 раза сокращается расход жидкогометалла. Высокая точность и чистота поверхности отливки обеспечиваются:применением неразъемных моделей (модели выплавляют, и не требуется ихрасталкивать); отсутствием формовочных уклонов; изготовлением стержней впроцессе формовки, а не отдельно в стержневых разъемных ящиках; использованиеммаршалита (кварцевая мука) в качестве наполнителя в формовочной смеси, чтообеспечивает получение гладкой поверхности отливки.
Литье по выплавляемым моделям применяют при производствеотливок очень сложной конфигурации из любых литейных сплавов, в том числе извысоколегированных сталей, имеющих высокую температуру плавления и трудноподдающихся механической обработке и ковке. Этим способом можно получатьотливки массой0,02… 100 кг, с толщинойстенок до0,5 мм и отверстиями диаметромдо2 мм.
1.2Технология получения отливок  литьемпо выплавляемым моделям включает следующие этапы: а) изготовление разъемныхпресс-форм; б) получение неразъемных легкоплавких моделей в пресс-формах; в)изготовление неразъемной разовой формы по легкоплавким моделям; г) выплавлениемоделей из формы; д) обжиг формы; е) заливка формы металлом и выбивка готовыхотливок.
Разъемные пресс-формы изготовляют из стали или алюминиевыхсплавов. Полость пресс-формы точно повторяет конфигурацию и размеры будущейдетали с учетом усадки модельного состава.
Неразъемные легкоплавкие модели получают запрессовкой впресс-форму модельного состава, нагретого до тестообразного состояния. Для егоизготовления широко используют легкоплавкие материалы: парафин, стеарин, воск,церезин, канифоль и др. Легкоплавкая модель в отличие от обычной являетсяточной копией изготовляемой детали: она неразъемна, имеет все внутренниеполости, отверстия, резьбу и не имеет стержневых знаков.
              
рис.1Литье по выплавляемым моделям
На рис. 1 приведен чертеж отливаемой детали 1 инеразъемной модели, отличающейся от нее наличием питателя2. Модели питателями «припаивают» кобщему легкоплавкому стояку3, и врезультате получают блок моделей. Чтобы изготовить литейную форму, готовый блокмоделей окунают в огнеупорную смесь, представляющую собой суспензию маршалита(60...70 %) в гидролизованном этилсиликате(30...40 %). После окунания на моделях,питателях и стояке остается тонкая огнеупорная пленка смеси4. Эта же смесь заполняет все полости иотверстия в моделях, образуя стержни. Для упрочнения огнеупорной пленки блокмоделей посыпают мелким сухим кварцевым песком5. Прилипая к сырой пленке, песок образует огнеупорный слой, которыйсушат либо на воздухе, либо помещая блок моделей в аммиачную камеру дляускоренной химической сушки. Когда слой высыхает, операции окунания, посыпанияпеском и сушки повторяют от3 до5 раз. Послесушки последнего огнеупорного слоя получают форму в видемногослойной оболочки с заформованными легкоплавкими моделями. Форму помещают всушильный шкаф и выдерживают при температуре более100 °С или погружают в горячую воду. Модели и элементы литниковойсистемы (стояк и питатели) плавятся и вытекают из формы. Для выжигания остатковмодельного состава из полости, а также для упрочнения оболочки полученнуюлитейную форму в металлическом ящике6засыпают металлической дробью и помещают в термическую печь, где обжигают притемпературе 800… 900 °С. Заливкуметалла производят в горячую форму, что дает возможность получать тонкостенныесложной конфигурации отливки. Выбивку отливок и отделение литников осуществляютна виброустановках.
Кромевыплавляемых моделей в литейном производстве используют выжигаемые модели приизготовлении ответственных отливок массой до3,5т  из чугуна, стали и цветныхсплавов в единичном производстве. Для изготовления выжигаемых моделейиспользуют пенополистирол, который в50… 100раз легче древесины, легко режется горячей проволокой и легко склеивается. 
Склеиванием  можнополучить полистироловые выжигаемые модели самой сложнойконфигурации. Этот метод отличается большой точностью и экономией металла из-заотсутствия формовочных уклонов.
На рис.2  приведен чертеж отливки1 и выжигаемой пенополистироловой модели3 с приклеенными к ней пенополистироловымиэлементами литниковой системы2.Модель с литниковой  системойзаформовывают песчано-глинистой смесью4в металлическом ящике6. Во времязаливки модель с литниковой системой остается в форме и жидкий металл5 выжигает их и одновременно заполняетполость формы.
2.  Изготовление отливок литьем в оболочковыеформы
2.1Сущность метода и область применения.Сущность заключается в том, что разовуюлитейную форму изготовляют в виде оболочки, используя для формовочной смеси вкачестве связующего материала фенольные термореактивные смолы, прочноцементирующие мелкий кварцевый песок, являющийся наполнителем. Изготовлениеоболочковой формы исключает потребность в опоках, резко снижает расходформовочной смеси, легко механизируется и автоматизируется. Использованиеформовочной смеси, состоящей из92...95 %мелкого кварцевого, магнезитового или циркониевого песка и 4...6% термореактивной фенолформальдегидной смолы,обеспечивает малую шероховатость поверхности и более высокую точность отливок(5...8 класса), чем изготовленных впесчаноглинистых формах, так как оболочка твердеет на модели и сохраняет ееразмеры.
Литье в оболочковые формы применяют в крупносерийном имассовом производствах при получении ответственных фасонных мелких и среднихотливок из различных сплавов.
2.2Технология изготовления оболочковой формы  (рис.3) начинается с нанесения пульверизатором наметаллическую модельную плиту разделительного состава, облегчающего снятиеоболочки. Затем модельную плиту нагревают в электрической печи до температуры200...220 °С (рис.3,а), устанавливают над бункером и закрепляют моделью вниз (рис.3,6). Бункер переворачивают на180°, и формовочная смесь падает на нагретуюмодельную
 
рис.3Схема изготовления оболочковых форм
  
рис.4Модельная  плита с оболочковой полуформой и собранная форма.
плиту (рис. 3, б). При выдержке в течение20...30 с смола плавится и, обволакивая тонкойпленкой мелкие зерна песка, образует оболочку толщиной б...8 мм. Бункер возвращают в исходное положение, инепрореагировавшая формовочная смесь падает на его дно (рис.3, г). Снятую сбункера модельную плиту с непрочной оболочкой отправляют в электрическую печь стемпературой около 350 °С (рис.3, д). Здесь смола в течение90...180 с полимеризуется и необратимотвердеет, образуя прочную оболочковую полуформу. По такой же технологииизготавливают другую полуформу.
Для снятия готовой оболочковой полуформы (рис.4) модельная плита1 с закрепленной полумоделью3снабжена толкателями4,находящимися на уровне плиты, и толкателями2,которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельнойплите (здесь не показано) толкатели расположены на несколько миллиметров нижеплоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе противуглублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положениеполуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту6 толкатели снимают полуформу5 с модельной плиты. В одной из полуформ настержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляютих скобами, струбцинами или  склеивают поплоскости разъема. Собранную оболочковую форму7помещают в. металлический ящик8, засыпают крупным песком или чугуннойдробью9 и заливают металлом. Кмоменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма истержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке.
3. Изготовление отливокв металлических формах
3.1Сущность методаи область применения.Сущностьзаключается в том, что вместо разовой песчано-глинистой используютметаллическую форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению спесчано-глинистыми формами приблизительно в60раз более высокой теплопроводностью, кокилиобеспечивают мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность. Прикокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, вформовочных и стержневых смесях, что не только дает большую экономию, но иснижает количество пыли и улучшает санитарные условия труда; повышаетсяточность и чистота поверхности отливки; обслуживание кокилей не требует рабочихвысокой квалификации; значительно повышается производительность и уменьшаютсянеобходимые производственные площади. Технологический процесс кокильного литьяможно легко механизировать. Механизированные кокилиимеют устройство, позволяющее закрывать и раскрывать их от пневматического илигидравлического привода. При массовом производстве несколько кокильных машинустанавливают на вращающиеся карусели, поворачивающиеся на необходимый уголчерез определенное время, за которое производится заливка кокиля.
Наряду с преимуществами у кокильного литья есть инедостатки: высокая стоимость кокилей позволяет использовать их только всерийном и массовом производствах; опасность образования трещин в отливкахиз-за неподатливости металлического кокиля; чугунные отливки в кокиле получаютотбеленными и требуют длительного отжига, что удорожает их производство.
Кокильное литье применяют в условиях крупносерийного имассового производства при изготовлении несложных по конфигурации отливок столщиной стенок 3...100 мм из чугуна, стали и цветных металлов.
3.2  Конструкциякокиля.По конструкцииразличают кокили неразъемные вытряхные(рис.5, а) и разъемные с горизонтальным (рис.5, б)и вертикальным (рис.5, в) разъемами.Разъемные кокили состоят из двух половин6, центрирующихся направляющими штырями10. Чтобы избежать коробления, кокильснабжают ребрами жесткости5 либоделают коробчатой формы. На наружной стенке кокиля для его ускоренногоохлаждения иногда
 
рис.5Металлические формы(кокили)
отливают пальцы8. Отверстие или внутреннюю полость в отливке образует песчаный стержень1 либо металлический9. Металл заливают в литниковуючашу3, и по стояку4 и питателям7 он заполняет полость формы2.Поскольку металлические стержни неподатливы, то во избежание образования вотливке трещин их удаляют из формы до начала усадки металла. Если внутренняяконфигурация отливки очень сложна, то металлические стержни делают из нескольких^ частей или заменяют песчаными. Литчиковая система размещается в плоскости разъема кокиля.Для выхода воздуха из формы во время ее заливки кроме выпоров11 в плоскости разъема по всей высотекокиля прорезают щели глубиной0,3… 0,5мм (на рисунке не показаны).
Изготавливают кокили из серогочугуна, стали, а также из цветных сплавов литьем с последующей механическойобработкой.
3.3  Особенноститехнологии изготовления отливок в кокилях.Изготовление отливок в кокиле состоит из таких операций:очистка кокиля от старой облицовки; нанесение огнеупорного защитного покрытияили покраска рабочей поверхности кокиля; сборка формы с установкой стержней;заливка кокиля; выдержка отливки в форме; раскрытие кокиля и удаление из негоотливки.
Во избежание отбеливания чугунных отливок подбираютхимический состав чугуна, обеспечивающий графитизациюв условиях повышенной скорости охлаждения. С этой же целью перед заливкойчугуна кокиль нагревают до 250...300 °С ивремя выдержки отливок в кокиле сокращают до минимума.
Если в кокиле получают отливки из силумина (сплав алюминияс кремнием), то отпадает необходимость вводить натрий в сплав перед заливкойформы для измельчения структуры, так как быстрое охлаждение измельчает кремнийв образующейся эвтектике.
При получении в кокиле отливок из сплавов на медной основеполость формы покрывают жирными красками. Между расплавом и кокилем образуетсягазовая прослойка, которая устраняет образование пригара на поверхностиотливки.
4. Изготовление отливок литьем под давлением
4.1 Сущность метода и область применения.Сущность состоит в том, что жидким металломпринудительно заполняют металлическую пресс-форму под давлением, котороеподдерживают до полной кристаллизации отливки. Давление обеспечивает быстрое ихорошее заполнение формы, высокую точность и малую шероховатость поверхностиотливки. Принудительное питание отливки жидким металлов исключает возможностьобразования усадочных раковин, пористости и не требует установки прибылей.Ускоренная кристаллизация металла в металлической пресс-форме под давлениемобусловливает образование мелкозернистой структуры. Благодаря внешнему давлениюрастворенные в металле газы остаются в твердом растворе, что снижает газовуюпористость металла. Отливки, полученные этим методом, как правило, не имеютприпусков на механическую обработку и после удаления из формы являются готовымидеталями. Литьем под давлением можно получать отливки с толщиной стенки до0,5 мм, сложной конфигурации и с отверстиямидиаметром до1 мм.
Высокая стоимость пресс-форм, имеющих сложную конфигурациюи требующих высокой точности изготовления, обусловливает целесообразностьприменения литья под давлением только в крупносерийном и массовом производствахтонкостенных отливок достаточно сложной конфигурации из сплавов цветныхметаллов массой до50 кг.
4.2  Оборудование итехнологиялитья под давлением.  Литье под давлением осуществляют на компрессорныхи поршневых машинах высокой производительности, дающих 200...400 отливок в час. Поршневые машины выпускают сгорячей или холодной камерой сжатия, расположенной горизонтальноили вертикально. Машины с горячей камерой сжатия, в которых камеранаходится непосредственно в расплаве, применяют для получения отливок изсплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца. Машиныс холодной камерой сжатия, в которых камера вынесена за пределы расплава,используют для получения отливок из более тугоплавких цветных сплавов на основемеди, алюминия и магния.
Намашинах с вертикальной холодной камерой сжатия (рис.6, а) расплав4заливают в камеру сжатия5(положение1). Верхний поршень1, опускаясь, давит на расплав и на нижнийпоршень 10, который при движениивниз открывает литниковый канал3. Металл заполняет полость2 пресс-формы, состоящей из двухполовин6 и7 (положение11). Объемжидкого металла должен быть больше объема полости формы, чтобы между верхним инижним поршнем оставался избыток металла. Давление верхнего поршня поддерживаютдо полной кристаллизации отливки, после чего пресс-форму раскрывают и отливку9 вместе с литником12 выталкивают из формы толкателями8. Нижний поршень выталкивает наружуизбыток металла11 (положение111), и его отправляют в переплав.

рис.6Схемы поршневых машин для литья под давлением
На (рис.6, б)показана работа машины с горизонтальной холодной камерой сжатия. Все операциина ней выполняются в той же последовательности.
На (рис. 6, в)  приведена схема работы поршневой машины сгорячей камерой сжатия. Чугунный тигель13с жидким металлом все время подогревают снизу газом через форсунку21. Перед заливкой пресс-форму19 закрывают и мундштук18 соединяется с каналом17. При верхнем положении поршня16 через отверстие14 сплав заполняет камеру сжатия15 и канал. При движении вниз поршеньвпрессовывает жидкий металл в полость формы. После затвердевания металладавление снимают, поршень движется вверх, форму раскрывают и отливку выталкиваюттолкателями20. Машины с горячейкамерой сжатия более производительны и расходуют меньше жидкого металла, однакоих нельзя применять для литья сплавов с температурой плавления более500 °С из-за быстрого изнашивания поршня.
Вмашинах с холодной камерой сжатия поршень контактирует с расплавом в течениекороткого промежутка времени и поэтому мало изнашивается. Здесь можно значительно повысить давление, чтогарантирует высокую плотность и прочность отливок. Если в машинах с горячейкамерой сжатия давление достигает20 МПа,то в машинах с холодной камерой сжатия при литье алюминиевых и медных сплавовдавление может достигать 100...300 МПа.
Компрессорные машины, работающие на сжатом воздухе,применяются редко и поэтому здесь не рассматриваются.
5.Изготовление отливок центробежным литьем
5.1Сущность метода и область применения.Сущность состоит в том, что жидкий металлзаливают во вращающуюся с определенной скоростью литейную форму. Она вращаетсяв течение всего времени кристаллизации металла отливки. При этом металлцентробежной силой прижимается к стенкам формы, что обеспечивает получениеплотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и шлак, обладающиеменьшей плотностью в результате сепарации, вытесняются во внутренние полостиотливки и затем их удаляют механической обработкой.
Ось вращения формы может быть горизонтальной,вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно меньше еедлины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения формы размещают горизонтально(рис.7, а). Если же диаметр отливкибольше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни), то ось вращения располагаютвертикально (рис.7, б). В обоих случаяхось отливки совпадает с осью вращения формы и внутренняя полость получается безстержней, а толщина стенки отливки определяется количеством заливаемогометалла. Этот способ используют при изготовлении отливок, имеющих форму телавращения. При изготовлении мелких фасонных

рис.7 Схемы центробежного литья
отливокось вращения формы может не совпадать с осью отливки. В этом случае внутренниеполости образуют с помощью стержней, а металл заливают в центральный общийлитник, из которого по радиально расположенным питателям он попадает в полостьформы (рис. 7, в). Такой способ называется центрифугированием.
Использование высокопроизводительных центробежныхустановок, отсутствие стержней и работ, связанных с их производством, намногоповышает производительность труда, а отсутствие литниковойсистемы и прибылей значительно экономит металл.
Центробежное литье применяют в массовом, серийном и единичномпроизводстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах.Этим способом отливают трубы, цилиндровые втулки, гильзы автотракторныхдвигателей, заготовки для поршневых колец, шестерни, шкивы, орудийные стволы, атакже получают двухслойные (биметаллические) отливки, поочередно заливая формуразличными сплавами.
5.2  Центробежныйспособ получения литых чугунных трубявляетсясамым распространенным. На рис.7, гприведена схема центробежной машины. Металлическая форма3 вращается электродвигателем1 и охлаждается водой. Форма установлена нарельсовой тележке с уклоном 2...50. Жидкий чугун из ковша5 по неподвижному желобу4 попадает в форму. Форма, помимовращения, по мере заполнения металлом перемещается влево. В крайнем левомположении форма продолжает вращаться до полной кристаллизации металла. Затемформа возвращается в исходное положение вправо, а труба вместе со стержнем2 (образующим раструб трубы) удаляетсяиз формы клещами влево.
В труболитейных цехах успешно эксплуатируют линии центробежноголитья чугунных труб диаметром80...125,100...150 и 200...300 мм савтоматическими установками для изготовления стержней раструба. Поверхностьтруб при этом получается отбеленной, и возникают начительныевнутренние напряжения. Поэтому после удаления из формы трубы отжигают притемпературе 850...920 °С.
СОДЕРЖАНИЯ
1. Изготовление отливок литьемпо выплавляемым  моделям
1.1Сущность метода и область применения.
1.2Технология получения отливок 
2.  Изготовление отливок литьем воболочковые формы
2.1Сущность метода и область применения.
2.2Технология изготовления оболочковой формы 
3.Изготовление отливок в металлических формах
3.1Сущность методаи областьприменения.
3.2  Конструкция кокиля.
3.3  Особенности технологииизготовления отливок в            кокилях.
4.Изготовление отливок литьем под давлением
4.1  Сущность метода и областьприменения.
4.2  Оборудование и технологиялитья под давлением. 
5.Изготовление отливок центробежным литьем
5.1Сущность метода и область применения.
5.2  Центробежный способ получениялитых чугунных труб

МИНИСТЕРТСВО  ОБРАЗОВАНИЯ РФ
КГТУ
Кафедра ТКМ
РЕФЕРАТ
Специальныевиды литья
Выполнил:
Ст. гр. МТ 11-1
ГохбергА. В.
Проверила:
Аставьева
Г.Красноярск2002