Продолжение табл. 3.1

 

1		2	3	4	5		6			7	8	9		10
Литье в разовые формы
Литье по выплавляемым моделям	До 0,15		0,5	0,5		0,5		Сложная	12-15		2,5-20		Высоко­легиро­ванные труднооб­рабатыва­емые стали		Серийное и массовое
Литье по растворяемым моделям.	До 0,15		—	—		—			11-12		2,5-10		Титан, жаро­прочные стали		Серийное
Литье по газифицируе­мым моделям	До 15		—	6-8		—			11-12		2,5-10		Любые сплавы		Единичное и серийное
Литье в многократные формы
Литье в кокиль	0,5-7		5	10		3		Зависит от кон­струкции кокиля	12-15		2,5-40		Сплавы цветных металлов, сталь, чугун		Серийное и массовое
Литье под давлением	До 0,1		—	—		1		Зависит от кон­струкции пресс- формы	12-14		0,63-30		Сплавы цветных металлов		Крупносерий­ное и массо­вое

 

Окончание табл. 3.1

1	2	3	4	5	6	1	8	9	10
Центробежное литье	0,01-1,0	5-8	5-8	5-8	Тела вращения	14	10-40	Чугун, сталь, сплавы цветных металлов	Серийное и массовое
Штамповка
Жидких сплавов	До 0,30	0,5	0,5	0,5	Сложная	12	3,2-12,5	Сплавы цветных металлов	Тоже
с кристаллизацией под поршневым давлением	До 0,01	0,5-1	0,5-1	0,5-1	Тоже		10-20	Чугун, сплавы цветных металлов	Серийное и массовое
Литье под низким давле­нием	До 0,030	2	2	2	_ «_	12	10-40	Сплавы цветных металлов	Серийное и крупносерий­ное

*Масса таких заготовок не ограничена.

**Стойкость форм — несколько десятков отливок.

3. Отливки средней сложности. Отливки открытой коробчатой или цилиндрической формы, ответственного назначения. Наруж­ные поверхности криволинейные и прямолинейные с наличием нависающих частей ребер, муфт, кронштейнов, бобышек, фланцев с отверстиями и углублением, сравнительно сложной конфигура­ции. Внутренние полости средней сложности с гладкой прямоли­нейной и одной-двумя криволинейными поверхностями, с незна­чительными выступами и углублениями на одной из гладких плос­костей, с небольшими по высоте ребрами, бобышками, кронштейнами, перемычками, расположенными в один и частично в два яруса со свободными широкими выходами полостей на по­верхности отливок. Поверхности механически обрабатывают с двух-трех прилегающих одна к другой сторон и растачивают до пяти отверстий, связанных между собой или с установочной базой жес­ткими размерами и допусками. Одна-две полости служат резервуа­рами для жидкости, работают без избыточного давления. Типовые детали: корпус зевообразовательной коробки, батанная коробка ткацкого станка, корпус ремизоподъемной каретки, корпуса редук­торов прядильных машин.

4. Сложные отливки. Отливки закрытой и частично открытой коробчатой или цилиндрической формы, ответственного назна­чения. Наружные поверхности криволинейные и прямолинейные с незначительным количеством пересекающихся поверхностей, имеющих выступающие части и углубления сложной конфигура­ции. Внутренние полости сложной конфигурации с небольшим количеством (3—4) пересекающихся криволинейных и прямоли­нейных поверхностей, с большим количеством далеко отстоящих одно от другого выступающих и углубленных мест, ребер, пере­мычек, бобышек и кронштейнов, расположенных в один-два яруса, со свободным выходом на поверхность отливки минимум в одну сторону. Одна-четыре полости служат резервуарами для жидкости, работают без избыточного давления. Поверхности ме­ханически обрабатывают с 3—5 сторон и растачивают до семи отверстий, связанных между собой или с установочной базой жесткими размерами и допусками. Отдельные поверхности явля­ются трущимися. Типовые детали: станины, столы и основания металлорежущих станков, мотальный рычаг кольцепрядильных машин и др.

5. Отливки особо сложные и уникальные. Отливки закрытой коробчатой и цилиндрической формы, весьма ответственного на-

значения; комбинированные, состоящие из 2—3 и более разветв­лений. Наружные поверхности криволинейные, имеющие пересе­кающиеся под различными углами ребра, кронштейны и фланцы, с высокими выступающими и углубленными местами. Внутренние полости сложной и особо сложной конфигурации с криволиней­ными поверхностями, имеющие и пересекающиеся под различны­ми углами сложные близко расположенные одна от другой выемки, выступы и заходы, с ленточными и кольцевыми каналами, распо­ложенные в 2—3 и более ярусов со свободным и затрудненным выбором внутренних полостей на поверхность отливки. Поверх­ности механически обрабатываются со всех сторон. Большое ко­личество растачиваемых отверстий, расположенных в разных на­правлениях, связанных между собой или с установочной базой жесткими размерами и допусками. Высокие требования к качеству рабочих поверхностей. Многие полости служат резервуарами для жидкостей, работающими без избыточного давления. Типовые детали: станины и передние бабки крупных и специальных метал­лорежущих станков, сложные корпуса редукторов, корпус левый коробки ткацкого станка, левый корпус кромкообразователя ткац­кого станка и др.

Отливки, изготовляемые литьем по выплавляемым моделям, подразделяются по степени сложности на 5 групп, а отливки, из­готовляемые литьем под давлением, на 3 группы.

Метод литья в песчано-глинистые формы применяют для всех литейных сплавов, типов производств, заготовок любых масс, кон­фигураций и габаритов. В общем объеме производства отливок литьем в песчано-глинистые формы получают 80% всех отливок и лишь 20% отливок производят специальными методами литья. Они отличаются технологической универсальностью и дешевизной. Изменяя способы формовки, материалы моделей и составы фор­мовочных смесей, заготовки изготовляют с заданной точностью и качеством поверхностного слоя.

Для получения отливок простых форм в условиях единичного и мелкосерийного производства применяют открытую формовку в почве по моделям. Для крупных отливок используют закрытую формовку в почве по моделям, шаблонам с вертикальной осью вращения, протяжным шаблонам и по скелетной модели.

Мелкие и средние заготовки в единичном и мелкосерийном производстве отливают в формы, выполненные вручную в опоках по моделям или шаблонам.

Машинную формовку применяют в серийном и массовом про­изводстве. При отливке небольшой партии заготовок (50—100 шт.) используют деревянные модели, а значительной партии — метал­лические модели.

Ответственные заготовки сложной конфигурации отливают в стержневых формах. Форма собирается из стержней по шаблонам и кондукторам и обеспечивает 14—16 квалитетов точности.

Литые заготовки с точностью грубее 16 квалитетов получают при ручном изготовлении форм и стержней и при использовании деревянных моделей и стержневых ящиков.

Для данного метода литья характерны большие припуски на обработку, в стружку уходит 15—25% металла от массы заготовки.

Литье в металлические формы (кокиль) применяется для полу­чения заготовок из черных и цветных металлов следующей массы: чугунных — от 10 г до 10 т, стальных — от 5 г до 500 кг. Этот вид литья отличается высокими механическими свойствами и равно­мерным мелкозернистым строением. Метод производительнее литья в земляные формы в 2—3 раза.

Сущность процесса заключается в многократном применении металлической формы. Стойкость кокилей зависит от технологи­ческих факторов: температуры заливки металла, материала кокиля, размеров, массы и конфигурации отливки. Особенность форми­рования отливок в кокиль — большая интенсивность теплообмена между отливкой и формой. Быстрое охлаждение расплава снижает жидкотекучесть, поэтому толщина стенок при литье в кокиль зна­чительная. Для алюминиевых и магниевых сплавов она составляет 3—4 мм, для чугуна и стали 8—10 мм. Металл отливки имеет мелко­зернистую структуру, его физико-механические свойства на 15— 30% выше, чем у песчаных отливок. Метод полностью устраняет пригар, увеличивает выход годных заготовок до 75—95%. Процесс исключает трудоемкие операции формовки, сборки и выбивки форм, легче автоматизируется. К преимуществам данного метода относится уменьшение припусков, он экономически целесообра­зен при размерах партии заготовок 100—500 шт. для мелкого и 20—100 шт. для крупного литья. Заготовки, отлитые в кокиль, не должны иметь резких переходов по толщине стенок. Стойкость форм при литье заготовок и легкоплавких металлов и сплавов (цинка, алюминия, магния) — сотни тысяч отливок, из стали — 600—700 мелких, 150—200 средних и 20—25 крупных отливок. Ме­таллические формы в большинстве случаев выполняют из серого

чугуна и реже из стали. С целью повышения стойкости кокилей и стабильности точности литья применяют облицовку форм керами­кой.

Для метода характерно наличие дефектов в отливках: деформа­ций, трещин, газовой пористости.

Литье в оболочковые формы основано на свойствах термореактивной смолопесчаной смеси принимать форму подогретой метал­лической модели с образованием сравнительно тонкой и быстро ттвердевающей оболочки. Этим методом изготовляют преимуще­ственно сложные, повышенной точности заготовки из чугуна, ста­ли и цветных металлов массой до 25—30 кг, а иногда и более круп­ные отливки — массой до 100 кг: коленчатые и кулачковые валы, ребристые цилиндры, крыльчатки. Часть поверхностей заготовок не требует механической обработки. Ко времени затвердевания металла форма легко разрушается, не препятствуя усадке металла, остаточные напряжения в отливке незначительные. Расход фор­мовочных материалов меньше в 10—20 раз, чем при литье в песча- по-глинистые формы. В то же время работа с горячими металли­ческими моделями представляет определенную сложность, явля­ется дорогой. Этот метод экономичен не только для массового, но и для мелкосерийного производства ответственных заготовок при выпуске их от 500 до 5000 штук в год.

Литье по выплавляемым моделям — метод для изготовления сложных и весьма точных заготовок из труднодеформируемых и труднообрабатываемых сплавов с высокой температурой плавле­ния. Он отличается самым длительным и трудоемким технологи­ческим процессом среди всех методов литья. Экономичность ме­тода достигается правильно выбранной номенклатурой отливок, особенно когда требования шероховатости поверхности и точности размеров могут быть обеспечены в литом состоянии и требуется механическая обработка только сопрягаемых поверхностей. При­менение заготовок, полученных литьем по выплавляемым моделям вместо штампованных, снижает расход металла до 55—75%, трудо­емкость механической обработки до 60% и себестоимость детали на 20%. Наиболее рентабельным метод оказывается в крупносе­рийном производстве. Разновидностями являются методы по вы­жигаемым, растворяемым и замораживаемым моделям. Данным методом можно отливать резьбу.

Литье под давлением — высокопроизводительный способ по­лучения точных заготовок, близких по форме к готовой детали.

Последующая механическая обработка таких заготовок либо со­вершенно исключается, либо сводится к выполнению отдельных операций. Этим методом производят сложные тонкостенные заго­товки с глубокими полостями и сложными пересечениями стенок, с отверстиями, резьбой и другими элементами из алюминия, маг­ния, цинка, меди. В настоящее время литье под давлением широко используется и для получения заготовок сложной формы из жаро­прочных и нержавеющих сталей. Сочетание в процессе литья ме­таллической формы и давления на жидкий металл позволяет полу­чать отливки с прочностью на 15—20% большей, чем при литье в песчано-глинистые формы. Механической обработке подвергают только посадочные места и поверхности сопряжения. Машины для литья под давлением цветных сплавов могут производить 200-400 отливок в час. Способ работает при годовых выпусках не менее 1000—2000 отливок из-за высокой стоимости форм. Метод требует применения дорогих пресс-форм, изготавливаемых по 6—8-му квалитетам. Литье под давлением позволяет осуществлять армирова­ние заготовок. Стойкость форм зависит от вида заливаемого спла­ва и ориентировочно определяется следующими данными: для цинковых сплавов — 150000 отливок, алюминиевых и магние­вых — 40000 и медных — 5000 отливок. Основное преимущество метода — получение отливок с толщиной стенок менее 1 мм и воз­можность автоматизации процесса.

Институтом проблем литья АН Украины разработана техноло­гия литья и специализированное оборудование для заполнения форм жидким металлом под низким регулируемым давлением с отсечкой и последующей допрессовкой. Жидкие металлы из агре­гата заливки со скоростью, регулируемой по заданной программе, подаются под низким давлением по металлопроводам в полости форм, установленных на литейной машине (рис. 3.1 а). По окон­чании процесса заливки производится отсечка полостей форм от металлопроводов (рис. 3.1 б) и сбрасывается давление воздуха в агрегате заливки. На металл отливок или их прибыльные части подается требуемое поршневое или газовое давление допрессовки (рис. 3.1 в).

Разработанный технологический процесс позволяет полностью механизировать и автоматизировать изготовление литых изделий, вплоть до выдачи их в приемные устройства. Сочетание литья под низким давлением с последующими отсечкой и допрессовкой в процессе кристаллизации металла дает возможность получить бо-

Рис. 3.1. Литье под низким давлением с допрессовкой

лее высокие физико-механические характеристики изделия. По сравнению с кокильным литьем значительно повышается коэф­фициент использования жидкого металла (до 0,8—0,9).

Наиболее целесообразно применять данный метод литья при изготовлении сложных отливок переменного сечения с толщиной стенок более 6—8 мм и особенно деталей, имеющих несколько тепловых узлов. Улучшаются санитарно-гигиенические условия труда и значительно возрастает производительность.

Центробежное литье. Принцип получения заготовок: жидкий металл заливают в быстро вращающуюся форму. Под действием центробежных сил металл отбрасывается к поверхности формы и затвердевает, принимая ее очертания. Характерная особенность метода — утяжеление частиц под действием центробежных сил при заливке и затвердевании. Это улучшает питание отливок, однако химическая неоднородность у таких заготовок выражена более ярко, чем у других. Полученные отливки обладают мелкозернистой структурой и повышенными механическими свойствами. Этим методом чаще всего изготовляют заготовки, имеющие форму тел вращения; образование внутренних полостей заготовок происхо­дит без применения стержней: втулки, гильзы цилиндров, диски, трубы из чугуна, стали, твердых сплавов и цветных металлов. Пу­тем центробежного литья можно изготовить биметаллические за­готовки как заливкой жидкого металла на твердую поверхность,

так и последовательной заливкой жидких металлов. Для литья из титановых сплавов это пока единственный метод получения каче­ственных заготовок. При центробежном литье используют метал­лические и футерованные формы-изложницы. Формы-изложни­цы, изготовленные из легированной стали, позволяют получать 2000—3000 отливок. Центробежные машины изготовляют с верти­кальной, горизонтальной и наклонной осями вращения. Одно- шпиндельная машина, обслуживаемая двумя рабочими, способна произвести 40 отливок массой до 30 кг в смену. Преимуществами метода являются относительно высокая плотность отливок вслед­ствие малого количества межкристаллических пустот, недостатка­ми — сложность получения качественных отливок из ликвируемых сплавов, засорение отливок ликвидами и неметаллическими вклю­чениями, что увеличивает припуски на механическую обработку поверхностей на 25%.

Институтом проблем литья АН Украины разработана новая технология центробежного литья под шлаком заготовок типа гильз цилиндров. Рафинирование жидкого металла от неметаллических включений и вредных примесей осуществляется в изложнице цен­тробежной машины синтетическими флюсами, получаемыми из экзотермических смесей, сгорающих непосредственно на желобе заливного устройства. Жидкий рафинирующий флюс в процессе заполнения формы смешивается с металлом, ассимилируя неме­таллические включения и вредные примеси, и центробежными силами выносится на свободную поверхность сплава. Рафиниро­вание заливочного металла снижает брак литья в четыре раза.

Штамповка жидкого металла — разновидность литья под дав­лением. Сущность метода: жидкий металл подается в металличес­кую форму, где под давлением пуансона происходит его уплотне­ние.

Конструкция форм аналогична закрытым штампам для горячей объемной штамповки. Формы изготовляют из стали марки ХВГ или ЗХВ8.

Метод позволяет получать тонкостенные заготовки корпусов, фланцев, тройников из цветных и черных металлов. При этом благодаря кристаллизации в условиях всестороннего сжатия устра­няются газовые и усадочные раковины. Коэффициент использо­вания металла 0,9—0,93.

В институте сварки им. Е.О. Патона создан новый способ про­изводства фасонных отливок, сочетающий преимущество элект­-

рошлаковой и литейной технологии, — фасонное электрошлаковое литье, которое предусматривает накопление металла в электрошла­ковой плавильной печи и последующую подачу его в литейную форму. Разработаны технология и оборудование, позволяющие получать высококачественные литые изделия, в которых отсут­ствуют дефекты ликвационного и усадочного происхождения. Раз­ливка из печи может осуществляться в ковш или непосредственно и литейные формы. При этом можно дозировать подачу металла в каждую из литейных форм в зависимости от выбранной техноло­гии литья.

Фасонное электрошлаковое литье хорошо сочетается с любым другим способом литья, включая специальные (кокильное, цент­робежное, литье методом поверхностной кристаллизации и т.д.). Исследования качества полученного литого металла, проведенные в институте им. Патона, показали, что литой электрошлаковый металл по механическим свойствам при прочих равных условиях значительно превосходит литой металл, полученный по обычной технологии. Это объясняется высокой чистотой электрошлаково­го металла по отношению к вредным примесям и газам. Если же создать условия для направленной кристаллизации металла (на­пример, при литье в кокиль с небольшим отношением высоты к сечению), то для ряда изделий можно получить такие же свойства, как у паковок.

На рис. 3.2 приведены данные сравнительных испытаний меха­нических свойств высокопрочной стали 18Х2Н4ВА в виде отливок размером 100 х 100 х 200 мм, полученных обычным литьем в ко-

 

 

Рис. 3.2. Механические свойства заготовок,

полученных различными способами:

 1 — ТУ на кованый металл; 2 — обычное литье; 3 — фасонное электрошлаковое литье; 4 — электрошлаковое литье

киль, литьем в кокиль фасонным электрошлаковым методом и выплавкой в охлаждаемом кристаллизаторе электрошлаковым ме­тодом.

Для сравнения на том же рисунке даны требования технических условий на кованый металл из данной марки стали. Как видно из диаграмм, металл, полученный фасонным электрошлаковым ли­тьем, по качеству превосходит металл открытой выплавки и нахо­дится на уровне кованого металла и металла, полученного в элек­троплавильной шлаковой печи.

Полученные результаты позволили рекомендовать метод фасон­ного электрошлакового литья в качестве нового метода получения литых заготовок деталей ответственного назначения взамен поко­вок. На базе этого метода разработана технология производства литых заготовок крупногабаритных ответственных коленчатых валов, шестерен.

В настоящее время внедряют новые виды литья: вакуумное вса­сывание, литье окунанием, выжиманием и др.