Теоретические основы получения отливок

Производственный процесс получения заготовки литьем разрабатывается по результатам проектирования конструкции отливки, разработки модельного комплекта и оснастки, технологии получения разовой песчаной формы для «заливки литейной формы» жидким расплавленным металлом. Свободная заливка предусматривает заполнение полостей формы расплавом металла под действием силы тяжести.

Разовая литейная песчаная форма предназначается только для получения одной отливки конкретного назначения. Форма собирается в соответствии с разработанной конструкторами-технологами маршрутной картой, входящей в состав технологической документации литейного производства. Процесс получения отливок включает как вспомогательные, так и основные операции, требует большого количества материалов различного назначения, приспособлений, оснастки.

В современных литейных производствах работы выполняются формовщиками, модельщиками, стерженщиками, плавильщиками, обрубщиками и др. Требуемый металл для отливки в жидком состоянии должен обладать комплексом литейных свойств, а после затвердевания жидкого расплава в форме гарантировать получение заготовки со структурой, обеспечивающей эксплуатационную надежность детали.

Оснастка технологическая литейного производства – средства технологического оснащения, дополняющие литейное технологическое оборудование для выполнения определенной части технологического процесса получения отливок. Оснастка включает плавильную печь, средства передачи расплавленного металла в литейные формы, собранные по литейным моделям, формовочные приспособления.

Материалы. Отливки получают из литейных сплавов: серые чугуны (СЧ12…СЧ38), высокопрочные чугуны (ВЧ45…ВЧ100), стали для отливок (15Л …55Л), алюминиевые литейные сплавы (АЛ2…АЛ13), медные литейные сплавы (бронзы, латуни) и др. Возможность получения качественных отливок из расплавленного металла с минимальным количеством дефектов характеризуют технологические (литейные) свойства сплавов. Физические, механические и эксплуатационные свойства определяют возможность использования отливки (детали) из указанного сплава для конкретных деталей, сборочной единицы или узла.

Литейные свойства сплавов: жидкотекучесть, усадка при затвердевании, ликвация, способность поглощать газы при нагревании до жидкого состояния и выделять их при охлаждении и затвердевании отливки в форме. Сплавы отличаются температурой плавления. Температура плавления чугунов 1150…1200 ºС, сталей 1400…1525 ºС, алюминиевые сплавы переходят в жидкое состояние и кристаллизуются при температурах 570…650 ºС.

Жидкотекучесть – способность расплавленного металла заполнять полость литейной формы. Жидкотекучесть сплава определяют длиной спирального прутка, образующегося в процессе растекания расплава по каналу технологической пробы в форме специальной конструкции.

Охлаждение в литейной форме сопровождается изменением объема металла в результате кристаллизации – усадки металла. Изменение объема металла при усадке (объемная усадка) приводит к изменению линейных размеров (линейная усадка). Коэффициент объемной усадки примерно в 3 раза больше коэффициента линейной усадки.

Литейная усадка металла (действительная усадка) – изменение объема и линейных размеров отливки по сравнению с объемом и линейными размерами модели, рассчитывается по формуле:

Л_у= ,

где l_м и l_о – размеры модели и отливки, мм.

Литейная усадка определяет величину припуска на размеры модели, увеличивается с увеличением толщины стенок отливки, прочностных свойств металла, податливости формы. Может получиться даже «отрицательная» литейная усадка металла при сильном расталкивании модели или слабом уплотнении формовочной смеси разовой формы. Литейная усадка для чугунов составляет 0,8…1,2 %, сталей литейных – 1,6…2,2 %, алюминиевых литейных сплавов – 0,8…1,5 %.

Ликвация (от лат. liguato – разжижение, плавление) – неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы кристаллизуются в достаточно большом интервале температур. Состав кристаллов, образующихся в начале затвердевания, может существенно отличаться от состава последних капель кристаллизующегося раствора. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация. На величину интервала кристаллизации стали сильно влияют сера, кислород, фосфор и углерод.

Формовочные материалы – природные и искусственные материалы, используемые для изготовления неметаллических литейных форм, формовочные краски, разделительные составы и припылы.

Формовочная (стержневая) смесь – смесь формовочных материалов, соответствующая требованиям технологического процесса литья и изготовления литейной формы (литейных стержней). Формовочными или стержневыми смесями способом механическим уплотнения заполняют опоки разовых форм и стержневые ящики.

Формовочные и стержневые смеси должны обладать пластичностью, прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью (противопригарностью), теплопроводностью, податливостью и др. свойствами. К стержневым смесям предъявляют более жесткие требования по огнеупорности, поверхностной твердости и податливости. У них ниже гигроскопичность, выше газопроницаемость, они быстрее выбиваются при разрушении собранной формы.

В состав формовочных и стержневых смесей входят, главным образом, песок и глина, а также связующие и специальные добавки. Для связывания зерен песка в единую массу, обладающую достаточной прочностью в сухом или сыром состоянии, применяют материалы: органические (льняное масло, олифа и др.) и неорганические (цемент, глина и др.). Для повышения противопригарности и податливости сформованные стержни покрывают водоразбавимыми пастами и порошками, содержащими графит (для чугунного литья), тальк (для чугунного и стального литья), циркониевым концентратом и др.

Формовка – формование литейных форм и литейных стержней из формовочных и стержневых смесей. Для изготовления разовых песчаных форм используют формовку по-сырому и формовку по-сухому. В первом случае сушке подвергаются только литейные стержни, а при формовке по-сухому все части литейной формы подвергаются сушке перед заливкой.

Сборка формы для получения отливки включает установление, соединение и закрепление литейных стержней в литейной форме и частей литейной формы между собой.