Ливарне виробництво

1 Загальні відомості про ливарне виробництво.

2 Ливарні властивості сплавів.

3 Види виливань.

4 Виробництво відливань з чавуну, сталі і кольорових металів.

5 Можливі дефекти литва і методи контролю якості литих виробі.

1 Ливарним виробництвом прийнято називати процес отримання виробів шляхом заповнення рідким матеріалом порожнини форми, що має конфігурацію відливаних деталей.

Ливарне виробництво є рядом послідовних технологічних операцій: виготовлення моделей, виготовлення стержньових ящиків, приготування формувальних і стержньових сумішей, виготовлення і складання ливарних форм, вибивка і очищення відливань. Схема технологічного процесу виготовлення відливання приведена на рисунку 2.1

Виготовлення модельного комплекту

Виготовлення Виготовлення

форм стержня

Приготування формувальних сумішей

Складання ливарних форм

Плавка металу

Заливка металів у форми

і затвердіння відливання

Звільнення затверділого

відливання і форми

Обрубування і очищення литва

Контроль якості відливання

Рисунок 2.1 – Схема технологічного процесу виготовлення відливання.

Литво застосовується для отримання заготовок, які потім обробляють різанням і зварюванням. Отримання заготовок методом литва має ряд переваг у порівнянні з іншими способами обробки матеріалів. Важливою з них є можливість отримання виробу дуже складної форми з крихких матеріалів і сплавів. Це дозволяє широко використовувати в промисловості і машинобудуванні дешевий чавун, а також інші ливарні сплави, непіддатливі обробці тиском. Більшість станин промислових машин виготовляється литвом. Пояснюється це тим, що вартість литих деталей менше, ніж вартість деталей, отриманих іншими методами.

До недоліків цього методу слід віднести знижену щільність, неоднорідність складу і великокристалічну будову відливаних деталей. Недоліки литва, як правило, поправні.

2. У промисловості застосовують литі деталі з багатьох сплавів: сірого і ковкого чавуну, вуглецевих і легованих сталей, бронзи, латуні, алюмінієвих і інших сплавів.

Вибираючи матеріал при проектуванні тієї або іншої деталі машини або апарату, враховують умови, в яких вона працює, механічні, фізичні, хімічні і ливарні властивості сплаву.

Придатність сплаву для виробництва відливань характеризується: рідкотекучістю, усадкою при застиганні, схильністю до лікваціі, газонасичення і утворення гарячих тріщин. Ці найважливіші властивості сплавів і визначають якість відливань.

Рідкотекучістю металу називають здатність його в розплавленому стані добре заповнювати ливарну форму і давати чіткий відбиток форми. При недостатній рідкотекучості відбувається незаповнення форми металом або утворюються холодні спаї і деталь виходить бракованою. Рідкотекучість сплаву залежить від його хімічного складу і температури у момент заливки форми. Чим вище температура металу, що заливається, тим більше його рідкотекучість.

По мірі заповнення площини форми сплав охолоджується, його рідкотекучість і швидкість руху зменшуються. При досягненні температури початку затвердіння кристали, що утворюються в сплаві, різко знижують рідкотекучість. Повне припинення текучесті металу спостерігається тоді, коли кількість кристалів в сплаві досягає 30-40%.

На рідкотекучість сплаву впливає теплопровідність матеріалу, з якого зроблена форма. Так, сплав при заливці в сухі піщані форми володіє більшою рідкотекучістю, ніж при заливці в сирі піщані і особливо металеві форми.

Величину рідкотекучості визначають технологічною пробою.

Усадкою називають зменшення лінійних і об'ємних розмірів відливання при його охолоджуванні і затвердінні. Усадку виражають у відсотках по відношенню до первинної довжини (лінійна усадка). Усадка залежить від хімічного складу і температури розплаву.

Об'ємна усадка у відливаннях є однією з причин утворення усадкових пір і раковин. Щоб запобігти їх виникненню, у відливаннях в місці їх можливої появи встановлюють додатки. Для запобігання утворення тріщин і викривлення необхідно забезпечити відливанню рівномірне охолоджування і вільну усадку у формі.

Під ліквацією розуміють неоднорідність сплаву за хімічним складом в різних частинах відливання. Ліквацію розрізняють зональну і внутрикристалітну. Найбільш небезпечною є зональна ліквація, коли окремі частини відливання мають різний хімічний склад. Будь-яка ліквація знижує працездатність деталі і вкрай небажана.

3. Види литва відрізняються один від одного за матеріалом ливарної форми і за способом подачі в неї металу, що заливається. Проте більш істотно вони розрізняються за точністю розмірів і чистотою поверхні відливань, а також за продуктивністю і ступенем складності технологічного процесу. Склалися дві групи видів литва: литво в піщано-глинисті форми і спеціальні види литва.

Литво в піщано-глинисті форми – це більш простий і поширений спосіб отримання литих заготовок. Матеріалами для виготовлення форм у даному випадку служать формувальні суміші, що складаються з піщаної основи, в яку як зв'язуючі матеріали додаються певна кількості глини і води. Крім того, в суміші вводяться противогарні добавки у вигляді меленого кам'яного вугілля, маршаліту (пилоподібного кварцу), мазуту й інші речовини, сприяючі поліпшенню якості відливання (деревна тирса, сульфітно-спиртна барда).

Для виготовлення стержнів використовуються стержньові суміші, що складаються в основному з піску, зв'язаного спеціальними речовинами – кріпильними (льняне масло, сульфітна барда, декстрин, каніфоль і т.д.). Ливарна форма звичайно складається з двох напівформ, що порізно виготовляються ручним або машинним способом: нижнього металевого ящика без дна і кришок, званих опоками. При складанні форми опоки встановлюються одна на одну і скріпляються.

Робочі порожнини для відливання в набитих формувальною сумішшю опоках виходять за допомогою половинок роз'ємної моделі, форма і розміри якої відповідають формі і розрахунковим розмірам робочої порожнини. Складання ливарної форми з напівформ – опок – проводиться після витягання половинок моделей і установки стержнів у нижній напівформі. Стержні виготовляються в спеціальних пристосуваннях – стержньових ящиках – і проходять обов'язкову сушку.

У зібрану форму, що складається зі скріпляючих опок, за допомогою спеціального ковша заливається через ливникову систему і залишається на місці заливки до завершення кристалізації і охолоджування тіла відливання. Далі опоки розкріплюються і на спеціальній установці проводиться вибивка відливання з форми. Потім проводяться обрубування і очищення, під час яких від відливання відділяється ливникова система з прибутками, віддаляються залишки формувальної і стержньової сумішей і робиться очищення поверхні відливання від різних дефектів. Термічна обробка, що проводиться після цього, має на меті усунути грубозернисту, дентридну структуру металу, ливарні напруги і підготувати метал відливання до механічної обробки.

Відмітною особливістю відливань, одержуваних спеціальними способами, в порівнянні з литвом в звичайні піщані форми є, як правило, їх висока точність, краща якість поверхні, менші величини припусків на механічну обробку. Спеціальні способи отримання відливань є прогресивними методами формоутворення.

Недоліками є також невисока продуктивність і погані санітарно-гігієнічні умови праці через велику запорошеність і шум на робочих місцях.

При литві в металеві форми – кокілі - форма виготовляється з чавуну або сталі. Основною перевагою є висока точність розмірів і чистота поверхні відливання, а також дрібне зерно металу відливання, що знижує металоємність виробів і підвищує міцність металу.

Відцентрове литво – литво в металеві форми, що швидко обертаються. У такий спосіб відливають короткі або довгі тіла обертання – труби, втулки та інші аналогічні вироби. Переваги ті ж, що і при кокільному литві, проте якість внутрішньої поверхні внаслідок усадкових явищ гірше зовнішньої. Через непотрібність стержнів економляться ресурсозатрати на їх виготовлення.

При литві під тиском рідкий метал вводитися в замкнуту металеву прес-форму під значним тиском і кристалізується, залишаючись під тиском, що, усуваючи пористість і пухкість, покращує металургійну якість відливання. Помітимо, що в одній прес-формі може розташовуватися декілька робочих порожнин, живлених одночасно. Таким чином, литво під тиском є найбільш високоякісним, точним, чистим і продуктивним литвом.

При литві в оболонкові форми ливарна форма збирається з двох частин, що виготовляються на спеціальній установці з суміші, що складається з дрібного кварцового піску і синтетичної термореактивної смоли – пульвер-бакеліту.

Підмодельна плита із закріпленими на ній моделями відливання і ливникової системи нагріваються до температури 200-250^оС і покриваються формувальною сумішшю. Під час невеликої (30-40с) витримки смола, що розплавилася, склеює піщинки і утворюється поки що м'яка оболонка товщиною до 15 мм. Потім суміш, що не прореагувала, зсипається з рамки і вся установка протягом хвилини витримується в камері при температурі біля 300^оС для остаточного відкидання оболонки. Видалена за допомогою штовхачів-знімачів оболонка йде на складання форми.

Переваги методу: більш високі, ніж при литві в піщано-глинисті форми, точність розмірів, чистота поверхні відливань і продуктивність. Недолік – виділення токсичних газів із вмістом фенолу, що вимагає потужної вентиляції.

Литво за моделями, що виплавляються, – один з найточніших видів литва, який застосовується для отримання складних по контурах виробів із звичайних матеріалів, а також інструменту й інших виробів з твердих, важкооброблюваних різальним інструментом матеріалів. Виготовлені даним способом вироби не вимагають механічної обробки.

Технологія даного виду литва. Спочатку в спеціальній прес-формі виготовляється по одній або до декількох десятків моделей деталі-відливання, що виготовляється з суміші парафіну із стеарином (по 50% кожного). В розмірах моделей враховуються тільки розміри деталей і ливарна усадка матеріалу відливання. Припуск на механічну обробку не дається, оскільки вона не проводитися. З моделей складається блок з єдиною ливниковою системою, що дозволяє одночасно отримати декілька десятків відливань. Блок покривається шляхом занурення клейкою сметаноподібною суспенцією, що складається з маршаліту і гідролізованого етилсилікату. Потім він посипається кварцовим піском і сушиться. Для того, щоб навколо модельного блока утворився достатньо міцний шар, занурення в суспенцію і посипання піском з подальшою сушкою повторюється 3-5 разів.

Надалі з покритого коркою, що утворилася, модельного блока одним із способів виплавляється (віддаляється) модельний склад. Корка, що вийшла таким чином, заформовується піском в якій-небудь місткості або опоці і прожарюється при температурі 850-900 ^оС. При цьому корка зміцнюється, стає газонепроникною, оскільки з неї вигоряють залишки модельного складу.

Після цього, не чекаючи зниження температури, в корку заливають приготований сплав. Блок, що закристалізовувався і охолонув, вибирається з опоки і звільняється від корки. Потім кожна деталь-відливання відділяється від стояка.

Основною перевагою литва за моделями, що виплавляються, – найвища точність розмірів, чистота поверхні відливань, а також висока продуктивність.

4 Сірий чавун є найдешевшим з ливарних сплавів. Він має порівняно високі механічні властивості, відносно низьку температуру плавлення і дуже добрі ливарні властивості. Чавун широко застосовується при виробництві різних фасонних деталей, а в деяких випадках замінюється більш дороге сталеве литво.

Останніми роками отримала розповсюдження плавка чавуну в коксогазових або газових вагранках.

Початковими матеріалами, вживаними при плавці чавуну, є металева шихта, паливо і флюси.

Виготовлення сталевих відливань значно складніше, ніж чавунних. Це пояснюється великою питомою усадкою сталі – у два рази більше (2%), ніж чавуну (1%). В сталевих відливаннях вірогідність утворення усадкових раковин більше, ніж у чавунних. Крім того, ливарні властивості сталі гірше, ніж ливарні властивості чавуну внаслідок невисокої рідкотекучості. Сталеві відливання фасонів виготовляються головним чином з вуглецевої сталі.

Сталі для литва фасону плавлять у печах електродуг, індукційних і мартенівських, а також в малих безсмеровських конверторах.

При виробництві сталевих відливань враховують високу температуру плавлення, підвищену усадку і невисоку рідкотекучість сталі.

Нерівномірне охолоджування сталі в тонких і товстих частинах відливання приводять до утворення усадкових раковин, пусток, пухкість і виникнення лінійних напруг. Тому при конструюванні сталевих відливань прагнуть забезпечити рівномірність перетину стінок і відсутність місцевих потовщень і скупчень металу.

Як шихту для плавки сплавів кольорових металів застосовують: чисті метали, вторинні сплави, повернення ливарного виробництва у вигляді ливників, додатків, браку, скрапу, стружки і т.п.

Плавка невеликих кількостей мідних сплавів проводиться в стаціонарних тиглях або поворотних печах. При виплавці великої кількості сплавів застосовують електричні і полум'яні печі. Плавка міді повинна відбуватися дуже швидко під шаром добре просушеного і прожареного деревного вугілля.

Технологія плавки для більшості алюмінієвих сплавів в основному носить загальний характер, і тому вона застосовна при завантаженні шихти і плавки в печах різних конструкцій. Спочатку завантажують і розплавляють алюміній, первинні метали, силумін і в останню чергу вводять у сплав легуючі елементи (цинк, магній і т.д.)

Для приготування форм і стержнів при виробництві відливань з кольорових сплавів застосовують дрібнозернисті кварцові або глинисті піски, що забезпечують отримання відливань з гладкою поверхнею. Вміст вологи у формувальній суміші повинен бути мінімальним (4%), інакше можуть утворюватися газові раковини. Щоб уникнути утворення тріщин у відливаннях із сплавів кольорових металів, які мають значну усадку, у формувальні і стержньові суміші додають тирсу.

При виробництві відливань з магнієвих сплавів для запобігання вибуху у формувальні і стержньові суміші додають (у порошках) 0,25-1,0% борної кислоти і 0,25-3,0% сірки або 6-10% фтористих присадок. При взаємодії магнію з водою з форми виділяється газ.

Для отримання якісних відливань з кольорових металів і особливо з алюмінієво-магнієвих сплавів необхідно забезпечити спокійне заповнення форм металом, без завихрення, щоб зменшити окислення металу. З цією метою застосовують лівникові системи з сифоновим (знизу) підведенням металу або через вертикальні щілиновидні ливники. Перетин живильників при підводі їх до форми повинен бути збільшений, що дозволяє зменшити швидкість закінчення металу і дає спокійне заповнення фори. Для усунення усадкових раковин застосовують додатки і холодильники.

Більшість відливань з алюмінієвих сплавів піддають термічній обробці.

5. Розрізняють два види браку литва: поправний і непоправний. Відливання з непоправним браком переплавляють. Відливання з поправним браком направляють у спеціальне відділення ливарного цеху, де дефекти усуваються різними способами.

Різні види браку,що частіше за все зустрічається в практиці ливарного виробництва.

Газові раковини є пустками, розташованими на поверхні або усередині відливань. Їх можна усунути за рахунок поліпшення газопроникності форми і стержня, а також заливкою у форми добре розкислюючого металу.

Усадкові раковини у відливанні є порожнинами з шорсткими поверхнями. Іноді замість раковин усередині відливань утворюються пористість. Утворення усадкових раковин пов'язано з об'ємною усадкою сплаву.

Піщані раковини – раковини, утворені у вигляді порожнин, заповнених формувальною сумішшю. Піщані раковини є наслідком місцевого руйнування і засмічення форми, а також наслідком зривів або змивів окремих частин форми струменем металу і неправильного його підведення у форму.

Холодні і гарячі тріщини – розриви або ненаскрізні надриви у тілі відливання. Причинами утворення тріщин є: нерівномірне охолоджування відливання, утруднена усадка.

Недоливи – не повністю залита деталь. Причинами недоливу можуть бути недостатня кількість металу, що поступає, низька температура заливки, відхід металу з форми.

Перекіс є зсувом однієї частини відливання щодо іншої як наслідок неправильного складання форми.

Викривлення – спотворення розмірів і конфігурації відливання внаслідок виникнення внутрішніх напруг, викликаних нерівномірним охолоджуванням окремих частин (у разі різностінності).

Зустрічається брак, пов'язаний з невідповідністю ГОСТу або технічним умовам хімічного складу сплаву, механічних і фізичних властивостей структури.

Контроль якості відливань виконується в такій послідовності: 1) зовнішній огляд; 2) перевірка розмірів відливань; 3) контроль маси відливань; 4) випробування механічних властивостей; 5) контроль хімічного складу металу.

Зовнішньому огляду піддаються всі відливання після їх очищення і обрубування. При одиничному і дрібносерійному виробництві відповідність розмірів відливання креслярським розмірам перевіряють розміткою, при великосерійному – спеціальними контрольними шаблонами. Контроль ваги відливання проводять, зважуючи і порівнюючи їх з технічними умовами. Механічні випробування (на розтягування, міцність, твердість і т.д.) виконуються на окремо відлитих зразках. Хімічний склад металу перевіряють хімічним або спектральним аналізом.