Литье по выплавляемым моделям. Суть процесса

Ассортимент продукции, выпускаемой Воронежским механическим заводом, чрезвычайно широк: ракетная техника, жидкостные ракетные двигатели, поршневые двигатели для авиации, нефтегазовое оборудование, автозаправочные станции, оборудование для переработки сельскохозяйственной продукции, сложная медицинская техника, узлы и блоки для автомобильной и тракторной промышленности, бытовые электрические и газовые плиты… Этот список можно продолжать и продолжать.

Работу предприятия характеризуют «космические» требования, предъявляемые к производимой продукции, сложность и разнообразие используемого оборудования, наличие высококвалифицированного персонала. Однако для выпуска изделий высочайшего качества одних этих факторов было бы недостаточно. Современное производство мертво без передовых технологий.

И здесь наш завод не отстает от требований времени. Наряду с традиционными, на предприятии успешно внедряются новые уникальные технологии, являющиеся ноу-хау в металлургии. Используя метод вакуумного литья на основе нержавеющих особо прочных сталей, наши специалисты создали серию новых высокопрочных материалов, которые могут применяться в сероводородной среде при температуре от –253 до + 800 °C .

Литье в оболочковые керамические формы позволяет получить высокоточные литые детали сложного профиля, практически исключающие необходимость дополнительной обработки (чистота поверхности составляет 20-40 мкм), сократить металлоемкость изделий, не снижая при этом надежности.

Введение

В мировой практике для изготовления корпусов задвижек и угловых штуцеров высокого давления, применяемых в фонтанной арматуре нефтегазового оборудования, используют заготовки, полученные из стальных поковок и штамповок, или литые заготовки, выполненные обычным способом литья, так называемым литьем «в землю». Разработчики и изготовители корпусных заготовок традиционно отдают предпочтение кованым заготовкам. Литые заготовки используются реже, поскольку литые материалы обладают более низким комплексом механических характеристик и имеют значительно больше дефектов в виде различных примесей и включений. По плотности структуры литье также уступает кованому материалу, что особенно характерно для изделий с массивными стенками. Поэтому использование литых корпусных деталей в запорно-регулирующих устройствах (ЗРУ), как правило, ограничено невысокими давлениями (до 21 МПа).

На Воронежском механическом заводе (ВМЗ) решили изменить такое положение дел. Чтобы получить литые крупногабаритные заготовки для запорно-регулирующих устройств высокого давления, на ВМЗ впервые в мировой практике применили метод литья по выплавляемым моделям (ЛВМ). Последовательное и направленное затвердевание отливок в нагретой оболочковой форме ЛВМ создает условия, благоприятные для фильтрации жидкого расплава из прибыли в двухфазную область отливки и получения плотного металла.

Обычно методом ЛВМ изготавливают тонкостенные отливки сложной конфигурации повышенной плотности, масса которых не превышает нескольких килограммов, а толщина стенок составляет от 5 до 10 мм. Освоение производства массивных отливок ЗРУ потребовало новых технологических решений, позволяющих расширить возможности традиционного процесса ЛВМ.

При заливке оболочковых форм, заформованных в опорный наполнитель и нагретых до высокой температуры, резко замедляется отвод тепла от затвердевающих стальных отливок. Возрастание толщины и массы отливок при изготовлении литых корпусов ведет к увеличению продолжительности затвердевания отливки и, как следствие, к появлению дефектов усадочного характера.

Для изготовления ЗРУ высокого давления (до 105 МПа) требовались высококачественные корпусные заготовки размером до 700 мм и более, массой до 500 кг и с толщиной стенок и фланцев до 60 и 110 мм соответственно.

Постановка задачи

Одной из основных проблем, с которыми столкнулись специалисты Воронежского механического завода, было обеспечение питания отливки металлом, поскольку сложность изготовления керамической оболочки и длительность технологического процесса затрудняли поиск оптимальных условий кристаллизации.

Чтобы решить эту проблему, для анализа процессов кристаллизации отливки типа «Корпус» была использована система автоматизированного моделирования литейных процессов LVMFlow, имеющая ряд преимуществ по сравнению с аналогичными системами, представленными на мировом рынке. Работа LVMFlow основана на методе конечных разностей (МКР), позволяющем анализировать заполнение формы расплавом с учетом предварительного прогрева формы. При этом необходимость прорисовки керамической оболочки во внешней конструкторской программе отпадает, поскольку система позволяет создать оболочковую форму в течение нескольких секунд.

Конструкция детали может быть представлена в виде двух взаимопроникающих под углом 90° цилиндрических тел с протяженными тонкими стенками и массивными фланцами. Ее особенностью является выраженная разнотолщинность (соотношение толщин стенок и фланцев составляет 30:100 мм), а также наличие термических центров в местах переходов от тонких элементов к толстым.

Исходя из известных закономерностей формирования отливок, можно утверждать, что литье такой конструкции приведет к появлению дефектов усадочной природы. Чтобы избежать этого и обеспечить герметичность, необходимо добиться последовательного развития кристаллизации отливки с соблюдением принципа направленного затвердевания. Безусловно, достижение искомого результата во многом зависит от расположения отливки при заливке, поэтому были рассмотрены два основных варианта такого расположения: вертикальное (рис. 1 а ) и горизонтальное (рис. 1 б ).

В первом случае керамическую оболочку размещали таким образом, чтобы проходной канал отливки формировался в горизонтальном положении, а корпус шиберного канала в вертикальном. На каждый массивный элемент в отливке (три фланца) устанавливали индивидуальные прибыли. Наиболее протяженные стенки во время заливки ориентировали в керамической оболочке вертикально. При таком расположении питание стенок в процессе затвердевания происходит последовательно через массивные фланцы по направлению к прибылям.

На центральном и двух боковых фланцах устанавливали местные прибыли (одну кольцевую и две прямоугольные), сообщающиеся между собой через литниковые ходы, что позволяло на завершающем этапе заливки подводить горячий металл в боковые прибыли. Расплав поступал в полость оболочки через металлоприемник и четыре распределительных канала.

Конструкция ЛПС приведена на рис. 2 .

В зоне массивного «глухого кармана», расположенного в нижней части отливки, для усиления направленности затвердевания металла был применен холодильник. Керамическую оболочку формовали в опоку шамотным наполнителем, а заливку расплава осуществляли в нагретые до 750 °С формы. Температура расплава составляла порядка 1590 °С.

Качество полученных отливок контролировалось с помощью рентгенографического просвечивания, а герметичность корпусов посредством гидростатических испытаний.

Анализ полученных данных показал, что характерный дефект корпусных отливок при таких условиях формирования отливки рыхлота и пористость. В наибольшей степени это проявляется в стенках горизонтально расположенного проходного канала. При этом наиболее сильно пораженными оказались места переходов от тонкостенных элементов канала к фланцам и массивная часть глухого канала. Несколько менее рыхлота присуща вертикально расположенным стенкам нижнего яруса корпуса и вертикально ориентированным боковым фланцам.

Поскольку полученное распределение дефектов не отвечало требованиям герметичности отливок, был применен второй способ горизонтальное расположение.

Формирование отливки в керамической оболочке является очень сложным процессом, поэтому учесть все факторы, влияющие на процесс кристаллизации, практически невозможно. Экспериментально отрабатывать все варианты ЛПС не представляется возможным из-за сложности и длительности процесса получения отливки. Разработка варианта литниково-питающей системы до получения опытной отливки занимает несколько недель, поэтому для анализа процесса затвердевания отливки «Корпус» была использована система автоматизированного моделирования литейных процессов LVMFlow.

Горизонтальное расположение отливки предусматривало наличие пяти прибылей, одна из которых была установлена в центре отливки, три на фланцах и еще одна на конусной части отливки (в районе седловины). Как и при вертикальном расположении отливки, все прибыли были соединены между собой в единое целое, что на завершающем этапе заливки позволяло обеспечить подвод горячего металла в прибыли.

По исходным чертежам отливки специалисты «Consistent Software Воронеж» совместно с сотрудниками отдела главного металлурга Воронежского механического завода построили трехмерную модель отливки «Корпус» с ЛПС (рис. 3).

При построении исходной геометрической модели отливки (ГМ) были использованы внешние конструкторские программы Autodesk Inventor Series и Unigraphics.

Компьютерное моделирование в САМ ЛП LVMFlow

Для моделирования была использована отливка корпуса задвижки с диаметром проходного горизонтального канала 3 1/16 дюйма, изготовленная из низколегированной стали 35ХМЛ, применяемой на ВМЗ для производства запорной арматуры. Температура заливки составляла 1590±10 °С, температура заформованной керамической оболочки перед заливкой изменялась в пределах 500-850 °С. Масса залитого блока составляла порядка 520 кг, время заливки от 60 до 120 с.

Процесс создания керамической оболочки в программе LVMFlow упрощен до минимума: технологу требуется лишь указать (с учетом количества слоев) толщину будущей керамической оболочки (рис. 4).

Процесс заполнения формы расплавом и последующая кристаллизация отливки «Корпус» рассчитывались в течение 53 ч (процессор Pentium 4 2,8 ГГц, оперативная память 1 Гбайт). Процесс компьютерного моделирования (без учета времени на предварительный прогрев формы), в зависимости от требуемой точности результатов, занимает от 30 до 60 мин. В итоге было рассчитано распределение температурно-фазовых полей процесса заполнения формы расплавом, а также полей скоростей, давления; выявлено расположение дефектов усадочной природы (усадочная пористость, микропористость).

Процесс заполнения формы расплавом представлен на рис. 5 . В зависимости от начальной температуры формы, при заливке происходит резкое падение температуры расплава. Большая высота формы и особенности литья по выплавляемым моделям налагают ограничения на конфигурацию ЛПС.

Распределение температуры в отливке и форме для некоторых этапов, начиная с момента начала заливки, приведено на рис. 6 .

Итоговое распределение дефектов представлено на рис. 7 . Массивные прибыли позволили почти полностью удалить из тела отливки дефекты усадочного характера. Однако анализ полученных данных показал наличие дефектов типа «усадочная пористость» в зоне «глухого кармана» и нижней части центрального фланца, что свидетельствует о недостаточности питания этих тепловых узлов жидким металлом.

Прогноз микропористости (рис. 8) показал наличие «опасных» участков в горизонтально расположенных стенках отливки. Расчет микропористости ведется на основе критерия Нийяма и требует адаптации результатов в соответствии с особенностями технологии производства. В целом картина распределения мест пониженной плотности металла соответствовала натурным испытаниям.

Выводы

Компьютерное моделирование процесса кристаллизации отливки «Корпус» с применением САМ ЛП позволило:

Выявить места появления и процесс формирования дефектов;

Отследить в реальном времени изменение температурно-фазовых полей процесса кристаллизации;

Получить распределение векторов скоростей, давлений;

Получить данные по распределению потока жидкого металла и движению шлаковых частиц в отливке.

Таким образом, была обеспечена возможность в кратчайшие сроки провести оптимизацию литниково-питающей системы без доработки модельной оснастки, создания керамической оболочки, заливки и механической обработки детали, а продолжительность процесса отработки технологии получения годных отливок была сокращена с 30 до 3-5 дней, то есть в 6-10 раз.

Литье по выплавляемым моделям - это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед выжиганием, выплавлением или испарением. Для удаления остатков модели и упрочнения формы ее нагревают до высоких температур. Прокалкой формы перед заливкой достигается практически полное исключение ее газотворности, улучшается заполняемость расплавом. литье пресс форма лазернойстереолитография

Основные операции технологического процесса можно проследить по рис. 1.1. модель или звено моделей 2 изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку (модельного состава и материала отливки) и обработку резанием (рис. 1.1 а). Модель изготовляют из материалов, либо имеющих невысокую температуру плавления, либо способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или звенья моделей собирают в блоки 3 (рис. 1.1 б), имеющие модели элементов литниковой системы из того же материала, что и модель отливки. Блок моделей состоит из звеньев, центральная часть которых образует модели питателя и стояка. Модели чаши и нижней части стояка изготовляют отдельно и устанавливают в блок при его сборке. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью - суспензией для оболочковых форм, состоящей из пылевидного огнеупорного материала, например, пылевидного кварца или электрокорунда, и связующего (рис. 1.1 в). В результате поверхности модели образуется тонкий (менее 1 мм) слой 4 суспензии. Для упрочнения этого слоя и увеличения толщины на него наносят слои огнеупорного зернистого материала 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд, зернистый шамот) (рис. 1.1 г). Операции нанесения суспензии и обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины (3-10 слоев).

Каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что зависит от связующего (рис 1.1 д). После сушки оболочковой формы модель удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. Например, в процессе удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 получают многослойную оболочковую форму по выплавляемой модели (рис. 1.1 е). С целью упрочнения перед заливкой ее (форму) помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых форм) (рис. 1.1 ж). Для удаления остатков моделей из формы и упрочнения связующего контейнер с оболочковой формой помещают в печь 9 для прокаливания (рис. 1.1 з). Прокалку формы ведут при температуре 900..1100°С, далее прокаленную форму 10 извлекают из печи и заливают расплавом (рис. 1.1 и). После затвердевания и охлаждения отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники.

Малая шероховатость поверхности формы при достаточно высокой огнеупорности и химической инертности материала позволяет получать отливки с поверхностью высокого качества.

Отсутствия разъема формы, использование для изготовления моделей материалов формы, нагрев ее до высоких температур перед заливкой - все это способствует улучшению заполняемости, дает возможность получать отливки сложнейшей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации готовой детали, практически из известных сплавов.

Эффективность производства и область применения. Исходя из производственного опыта можно выделить ряд преимуществ способа литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям: 1) возможность изготовления практически из любых сплавов отливок разной конфигурации, тонкостенных, с малой шероховатостью поверхности, высоким коэффициентом точности по массе, минимальными припусками на обработку резанием, с резким сокращением отходов металла в стружку; 2) возможность создания сложных конструкций, объединяющих несколько деталей в один узел, что упрощает технологию изготовления машин и приборов; 3) возможность экономически выгодного осуществления процесса в единичном и серийном производствах, что важно при создании новых машин и приборов; 4) уменьшение условий труда и уменьшение вредного воздействия литейного процесса на окружающую среду.

Наряду с преимуществами данный способ обладает и следующими недостатками: 1) процесс изготовления формы многооперационный, трудоемкий и длительный; 2) большое число технологических факторов, влияющих на качество формы и отливки, и соответственно связанная с этим возможность управления качеством; 3) большая номенклатура материалов, используемых для получения формы (материалы для моделей, суспензии, обсыпки блоков, опорные материалы); 4) сложность манипуляторных операций изготовления моделей и форм, сложность автоматизации этих операций; 5) повышенный расход металла на литники и поэтому невысокий технологический выход годного (ТВГ).

Указанные преимущества и недостатки определяют эффективную область использования литья в оболочковые формы по выплавляемым моделям, а именно:

1) Изготовление отливок, максимально приближающихся по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость обработки труднообрабатываемых металлов и сплавов резанием, сократить использование обработки давлением труднодеформируемых металлов и сплавов, заменить трудоемкие операции, надежности конструкций деталей и узлов;
2) Изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью уменьшить массу конструкции при повышении ее прочности, герметичности и других эксплуатационных свойств;
3) Изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

Производство отливок по выплавляемым моделям находит широкое применение в разных отраслях машиностроения и в приборостроении. Использование литья в оболочковые формы для получения заготовок деталей машин взамен изготовления их из кованых заготовок или проката приводит к снижению в среднем на 34..90% отходов металла в стружку. При этом трудоемкость обработки резанием уменьшается на 25..85%, а себестоимость изготовления деталей - на 20..80%. однако следует учитывать, что экономическая эффективность существенно зависит от выбора номенклатуры отливок, изготовляемых этим способом. Только при правильном выборе номенклатуры деталей достигается высокая экономическая эффективность данного производства.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Расчетно-графическая работа

По дисциплине: Технологические процессы и производства

На тему: Литье по выплавляемым моделям

Выполнил:

студент гр.АТП-307у

Кумачёв М.И.

Проверил:

Рябов Ю.А.

1. Литье по выплавляемым моделям

1.1 Суть процесса

1) Изготовление отливок, максимально приближающихся по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость по конфигурации к готовой детали, с целью снизить трудоемкость обработки труднообрабатываемых металлов и сплавов резанием, сократить использование обработки давлением труднодеформируемых металлов и сплавов, заменить трудоемкие операции, надежности конструкций деталей и узлов;

2) Изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью уменьшить массу конструкции при повышении ее прочности, герметичности и других эксплуатационных свойств;

3) Изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

1.2 Пресс-формы

Требования к пресс-формам. Пресс-форма - это инструмент для изготовления модели. Главное требование к пресс-форме заключается в том, чтобы в ней можно было получить модели отливки с заданными точностью размеров и шероховатостью поверхности.

Точность размеров модели и качество воспроизведение ее конфигурации зависят от точности размеров полости пресс-формы, тем выше точность моделей. Поэтому всегда стремятся использовать минимальное число разъемов. Однако для получения сложных моделей приходится делать несколько разъемов, чтобы модель можно было извлечь из пресс-формы.

Для хорошего заполнения полости пресс-формы модельным составом она должна иметь соответствующие литниковую систему, а также вентиляционную систему, обеспечивающую удаление воздуха из полости пресс-формы при заполнении ее модельным составом.

Для обеспечения достаточной скорости охлаждения модельных составов в пресс-форме предусмотрена система охлаждения водой или другими теплоносителями.

По конструкции и методам изготовления обычно различают пресс-формы для единичного и мелкосерийного, серийного и массового производства.

1.3 Технология изготовления моделей

Технологический процесс получения моделей и блоков моделей состоит из приготовления модельных составов, изготовления моделей отливок и литниково-питающих систем, отделки и контроля моделей, сборки моделей в блоки.

Требования к модельным составам. Качество моделей зависит от свойств и технологии приготовления модельного состава.

Для получения моделей используют различные модельные составы: выплавляемые, растворяемые, выжигаемые. Любой модельный состав должен удовлетворять определенным требованиям.

В расплавленном состоянии модельный состав должен обладать хорошей жидкотекучестью для четкого воспроизведения конфигурации модели при заполнении полости пресс-формы и легкого и полного удаления из оболочковой формы. Температура плавления модельного состава должна быть невысокой (60..140°С), что облегчает изготовление моделей и из удаление из оболочковой формы. Температура размягчения модельного состава должна быть 35..45°С, т.е. превышать температуру помещений, где изготовляют, хранят, собирают модели в блоки. Усадка состава при охлаждении и его расширение при нагреве должны быть минимальными и стабильными, чтобы точность моделей, а соответственно, и отливок была высокой. Модельный состав не должен прилипать к поверхности пресс-формы; химическое взаимодействие его с материалом пресс-формы недопустимо. После затвердевания в пресс-форме модельный состав должен обладать прочностью и твердостью, достаточными для того, чтобы модели не деформировались и не ломались на последующих операциях технологического процесса.

Исходные материалы для модельных составов. Для приготовления модельных составов наибольшее применение в производстве нашли следующие исходные материалы:

1) Парафин;

2) Стеарин;

3) Церезин;

4) Буроугольный воск;

5) Канифоль;

6) Полистирол блочный;

7) Полистирол вспенивающийся;

8) Полиэтилен

9) Полиэтиленовый воск;

10) Кубовый остаток;

11) Карбамид;

12) Этилцеллюлоза.

Изготовление моделей. Процесс изготовления моделей включает в себя подготовку пресс-формы, заполнение пресс-формы модельным составом, выдержку для затвердевания и охлаждения модели, разборку пресс-формы и извлечение модели, выдержку модели до окончания усадки.

При подготовке пресс-формы ее рабочую полость и поверхность разъема очищают от остатков модельного состава, наносят на поверхность рабочей полости смазочный материал (трансформаторное масло) или распыляют сжатым воздухом эмульсию. Смазочный материал должен быть нанесен ровным слоем.

Заполнение пресс-форм модельным составом в производстве чаще всего осуществляют свободной заливкой и заливкой под давлением жидкого модельного состава, а также запрессовкой пастообразного модельного состава пресс-формы.

При охлаждении мелкие несложные модели охлаждают в проточной воде или сжатым воздухом. При использовании воды последняя и охлаждает модели, и одновременно транспортирует их к месту сборки в блоки. Крупные модели так охлаждать нельзя, так как при ускоренном охлаждении возникнут неравномерности температур, которые приведут к внутренним напряжениям и, как следствие, к короблению. Поэтому крупные модели охлаждают медленно на воздухе в течение не менее 3 ч.

Существуют особые способы изготовления моделей, с помощью которых можно изготовлять сложные модели с полостями, отверстиями с криволинейной осью, с последующей сборкой модели в единое целое. Используют также растворяемые карбамидные стержни, керамические стержни и гибкие резиновые пресс-формы.

1.4 Изготовление оболочковых форм

Требования к формам. Оболочковая форма должна отвечать следующим требованиям: обладать достаточной прочностью, выдерживать динамический и статический напоры расплава, не деформироваться при заливке, затвердевании и охлаждении отливки; быть огнеупорный, т.е. не разоупрочняться при прокаливании и особенно при заливке; иметь газопроницаемые стенки, чтобы в полостях формы не возникало противодавление воздуха; быть химически инертной к модельному составу и металлу отливки; иметь достаточную податливость, чтобы не препятствовать усадке сплава; обеспечивать получение отливок с поверхностью требуемой шероховатости и высокой точности размеров, массы и конфигурации.

Материалами керамической оболочковой формы являются огнеупорная основа (две фракции - пылевидная не менее 0,05 мм и «грубая» 0,1..0,3 мм) и связующее. По химическому составу огнеупорных материалов керамические оболочные формы разделяют на оксидные и углеродные. В свою очередь, оксидные материалы форм по химическому составу разделяют на кислые, основные, амфотерные.

Материалы для изготовления форм. Для изготовления оболочковой формы используют следующие огнеупорные материалы: мелкодисперсную основу суспензии, обсыпку и опорный материал. Общими требованиями огнеупорным материалам для оболочковых форм являются: высокая огнеупорность (как правило, не ниже 1500С); низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР); отсутствие полиморфных превращений при нагревании и охлаждении; химическая стойкость при нагревании.

Не все огнеупоры удовлетворяют этим требованиям. Например, наиболее дешевый и не дефицитный материал - кварц кристаллический, обладает достаточно высокой огнеупорностью, при нагревании претерпевает ряд полиморфных превращений, сопровождающихся объемными изменениями. Это является причиной образования в оболочках трещин и, как следствие, брака отливок.

Материалы, используемые для изготовления оболочковых форм:

2) Пылевидный кварц

3) Кварцевый песок

4) Плавленый кварц

5) Высокоглиноземистый шамот

6) Электрокорунд

8) Оксид магния

9) Оксид кальция

Общие сведения о готовом связующем. В литье по выплавляемым моделям при изготовлении оболочковых форм в качестве связующего применяются гидролизованные растворы этилсиликата.

В том виде, в котором этилсиликаты поставляются предприятиями химической промышленности, они не являются связующими. Для технологических целей литейного производства в условиях литейного цеха связующее приготовляют путем проведения сложной химической операции - гидролиза этилсиликата. При этом из-за нестабильности состава исходного этилсиликата приходится корректировать рецептуры, обеспечивать точную дозировку составляющих суспензии.

Изготовление оболочковых форм. Суспензия наносится на блоки моделей при их окунании в ванну с суспензией, а на крупные блоки и модели - путем их обливания. В зависимости от характера производств и степени механизации блок моделей погружают в ванну вручную, с помощью манипуляторов или копирныхустройств на цепных конвейерах. Блок погружают таким образом, чтобы с поверхности моделей, особенно из глухих полостей и отверстий, могли удалиться пузырьки воздуха. Вынутый из суспензии блок моделей медленно поворачивают в разных направлениях, чтобы суспензия равномерно распределилась по поверхности моделей, а излишки ее стекли. После этого на слой суспензии сразу наносится слой песка (между моментами нанесения суспензии и обсыпкой должно быть не более 10 с, так как долее суспензия подсохнет и песок не соединится с ней). Суспензию в ванне непрерывно перемешивают с небольшой скоростью для предотвращения оседания огнеупорного материала. Песок на слой суспензии наносится при погружении блока в «кипящий» слой песка.

На рисунке представлена схема установки для обсыпки блока моделей в кипящем слое песка. Установка состоит из емкости с песком, в нижней части которой расположена полость 2, в которую подводится сжатый воздух. Полость 2 отделена от емкости 1 сеткой, на которой уложен слой войлока. Воздух, проходя через песок, переводит его во взвешенное «кипящее» состояние. Блок моделей 3, предназначенный для обсыпки, погружают в этот слой кипящего песка.

После нанесения каждого слоя суспензии и обсыпки его выполняется сушка оболочковых форм. Форму высушивают в потоке воздуха или в парах аммиака. Во время сушки на воздухе завершаются процессы гидролиза, происходит испарение растворителя и воды, коагуляция золя кремниевой кислоты и превращение его в гель с последующим затвердеванием и образованием твердых прослоек, связывающих зерна огнеупорного пылевидного материала.

Продолжительность сушки и обсыпки каждого слоя суспензии на воздухе 2..4 ч, а в парах аммиака - 50..60 мин, из которых 20..30 мин - сушка на воздухе, 10..20 мин - сушка в парах аммиака и 10..20 мин - выветривание паров аммиака. Сушку ведут в вертикальных и горизонтальных многоярусных сушилках.

Удаление моделей. Модели из выплавляемых воскообразных составов удаляют из формы погружением блока моделей в горячую воду или ванну с модельным составом. Эти способы получили наибольшее применение на производстве. Возможно удаление выплавляемых моделей также в паровых автоклавах или горячим воздухом. Эти способы вследствие больших потерь модельного состава и сложности оборудования применяют редко.

Выплавление в воде позволяет получить 90..95% возврата модельного состава, однако достаточно большой является вероятность появления трещин в оболочке.

Выплавление в перегретом модельном составе позволяет повысить прочность оболочковой формы в непрокаленном состоянии благодаря пропитке ее модельным составом. При прокаливании оболочковой формы воскообразный состав в ее порах коксуется и дополнительно упрочняет форму. Однако вследствие перегрева ухудшается качество возврата.

Выплавление горячим воздухом используют для модельных составов канифоль-полистирол-церезин. Для уменьшения вероятности образования трещин в оболочковой форме ее формуют в жидкой формовочной смеси. Затем форму высушивают при 80..90°С в течение 10 ч, и в процессе нагрева до 200..220°С модели выплавляются.

Растворимые карбамидные составы растворяют в воде при 20..27°С. Так как модельный состав не расширяется, трещин в оболочковой форме не образуется.

Пенополистироловые выжигаемые модели могут быть удалены из формы выжиганием в процессе ее нагрева вместе с модельным блоком или путем растворения.

Формовка. Для предотвращения разрушения оболочковой формы при заливке ее заформовывают в сыпучие огнеупорные материалы или жидкие формовочные смеси. В качестве опорных материалов используют сухой кварцевый песок, шамотный порошок, размолотые и просеянные через сито с ячейкой 2 мм остатки оболочки после очистки отливок.

В производстве используют два способа формовки оболочковых форм в сыпучие опорные материалы: в холодном и нагретом состоянии форм и опорных материалов.

Прокаливание оболочковых форм. Данная операция необходима для полного удаления из форм остатков модельного состава, испарения остатков воды и продуктов неполного гидролиза связующего, а также спекания связующего и огнеупорного пылевидного материала. Во время прокаливания в стенке оболочковой формы образуются поры и микротрещины, благодаря чему возрастает газопроницаемость оболочки. Оболочковые формы без опорных материалов прокаливают в течение 0,5..1 ч. Тонкая стенка формы быстро прогревается снаружи и изнутри, в ней возникают лишь минимальные напряжения и микротрещины, не оказывающие существенного влияния на ее прочность.

1.5 Заливка форм, выбивка и очистка отливок

Заливка форм. Температура форм перед заливкой зависит от толщины стенок и материала отливки. Обычно расплав заливают в горячие (700..1600°С) формы сразу после их прокаливания стали и жаропрочные сплавы для тонкостенных отливок заливают при температуре формы 1520..1600°С, медные сплавы - при 900..1100°С, алюминиевые сплавы - 700..800°С. При изготовлении отливок с массивными стенками расплав заливают в охлажденные до 200..400°С формы, что способствует улучшению структуры отливок.

При изготовлении тонкостенных отливок из жаропрочных сталей и сплавов, склонных к окислению, плавку ведут в вакуумных плавильно-заливочных установках. Установка такого типа имеет камеру, в которой располагается печь 4 для подогрева оболочковых форм 5 перед заливкой расплава. Форму устанавливают перед плавкой в печь подогрева. После приготовления расплава форму 5 перемещают вместе с печью 4 подогрева на позицию заливки и заливают расплавом.

При изготовлении тонкостенных отливок из сплавов, обладающих пониженной жидкотекучестью, заливку форм 5 для улучшения их заполняемости проводят центробежным способом, размещая центробежную машину 6 в вакуумной камере 1 плавильно-заливочной установки.

Выбивка форм и очистка отливок. Оболочковые формы без опорного материала после заливки и охлаждения отливки поступают на предварительную очистку. Формы, упрочненные сыпучим материалом, легко выбиваются при опрокидывании контейнеров на провальную решетку, а формы с жидким упрочняющим материалом выбивают на выбивных решетках.

Предварительную очистку отливок от оболочки формы выполняют на вибрационных установках. Стояк литниково-питающей системы зажимают в приспособлении и включают вибратор: под действием вибрации оболочка формы отделяется от отливки.

Окончательная очистка отливок необходима по следующим причинам. Во время предварительной очистки отливок остатки формы полностью отделяются только на плоских отливках без отверстий и поднутрений. Чаще применяют гидроабразивный, электроискровой, химический, химико-термический, гидравлический способы окончательной очистки отливок.

2. Литье по газифицируемым моделям

Суть способа.Эту развивающуюся технологию можно отнести к группе способов получения отливок в неразъемных формах по разовой модели как литье по выплавляемым моделям. Но в отличие от данных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который, вытесняя «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившееся пространство полости формы.

Собранную модель (рис. а) окрашивают слоем огнеупорной краски и сушат на воздухе. В итоге получается огнеупорная газопроницаемая оболочка, прочно связанная с пенополистироловой моделью.

Готовую модель устанавливают в специальную опоку-контейнер, засыпают зернистым огнеупорным наполнителем без связующего, уплотняют его вибрацией, закрывают металлической крышкой с отверстиями, нагружают и устанавливают литниковую чашу (рис. б).

При изготовлении более сложных отливок, контейнер после подачи опорного материала закрывают сверху полиэтиленовой пленкой, как при вакуумной формовке. Чтобы уменьшить вероятность разрушения формы в ней создают разрежение до 0,04..0,05 МПа. При изготовлении крупных массивных отливок используют обычные холоднотвердеющиежидкокоподвижные или сыпучие формовочные смеси.

Приготовленную форму заливают жидким металлом (рис. в). Из-за относительно низкой температуры газификации пенополистирола (около 560°С) модель газифицируется под воздействием теплоты заливаемого металла и таким образом полость формы постепенно освобождается для жидкого металла.

После затвердевания и охлаждения отливки опоку-контейнер переворачивают, наполнитель высыпается, отделяясь от отливки, и она (рис. г) поступает на финишные операции. В случае использования обычных формовочных смесей форму выбивают на выбивных решетках.

Главная особенность способа (применение неразъемной формы) определяет его основное преимущество для качества готовых отливок - повышение точности благодаря сокращению числа частей формы, стержней, а следовательно, и возможных искажений конфигурации и размеров отливок, связанных с изготовлением и сборкой этих элементов формы.

К настоящему времени областями применения литья по газифицируемым моделям являются следующие:

· Изготовление средних и крупных массивных отливок в условиях опытного и мелкосерийного производства;

· Изготовление сложных отливок массой до 50 кг с повышенной точностью размеров в условиях серийного и крупносерийного производства из черных и цветных сплавов.

Модельные материалы.В качестве материала для изготовления газифицируемых моделей служит вспенивающийся полистирол, который представляет собой синтетической полимерный продукт суспензионной полимеризации стирола в присутствии эмульгатора, стабилизатора и порообразователя. В качестве порообразователя чаще всего используют изопентан. При нагреве до 27,9°Сизопентан закипает и превращается в газ с увеличением объема, а при 80..90°С полистирольная оболочка размягчается под действием давления газа деформируется. При вспенивании гранул в замкнутом объеме они спекаются в монолитную пеномассу - пенополистирол, точно воспроизводя конфигурацию ограничивающей его рост конструкции.

Изготовление газифицируемых моделей. Процесс получения моделей в массовом и крупносерийном производстве состоит из двух стадий: предварительное вспенивание в свободном состоянии исходных гранул вспенивающегося полистирола и окончательное вспенивание гранул в замкнутой полости пресс-формы - получение модели из пенополистирола.

Предварительное вспенивание гранул. Предварительная тепловая обработка вспенивающегося полистирола необходима для получения впоследствии газифицируемой модели с заданной объемной массой (плотностью),которая определяет прочность модели и качество поверхности.

На рисунке показана установка непрерывного действия для предварительного вспенивания гранул полистирола. Гранулы полистирола загружают в бункер 4, из которого с помощью тарельчатого питателя они попадают в камеру вспенивания, обогреваемую паром. В процессе вспенивания гранулы продвигаются в ней с помощью шнека. Режим вспенивания регулируется подачей пара и скоростью прохождения гранул полистирола по камере. Температура вспенивания 96..98°С, продолжительность 1..2 мин.

После предварительного вспенивания гранулы выдерживают на воздухе от 6 ч до 2 сут. В этот период оболочка гранул, охлаждаясь, вновь переходит в стеклообразное твердое состояние, а пары изопентана конденсируются, что приводит к возникновению вакуума в гранулах. В процессе выдержки происходит диффузия воздуха внутрь гранул и давление выравнивается.

Изготовление моделей в пресс-форме. Процесс заключается в повторном нагреве подвспененных и активированных гранул полистирола, помещенных в пресс-форму, в результате которого они окончательно вспениваются и спекаются между собой, образуя пенополистироловую модель отливки.

Подготовленные гранулы засыпают или задувают сжатым воздухом в смазанную специальной смазкой (чтобы исключить прилипание к модели) рабочую полость пресс-формы так, чтобы они полностью заполнили ее объемы. Смазками служат: раствор синтетического термостойкого каучука (СТК), силиконовая жидкость, глицерин. Смазка рабочей поверхности пресс-формы кремнийорганическими соединениями позволяет получать 10-15 моделей без ее возобновления.

Нагрев гранул в крупносерийном и массовом производстве целесообразно проводить способом так называемого «теплового удара»: перегретый пар с температурой 125..135°С под давлением 0,2..0,35 МПа подают непосредственно в пресс-форму, заполненную гранулами полистирола. Проходя между гранулами, турбулентный поток пара интенсивно вытесняет воздух, находящийся в порах засыпки, и равномерно по всему объему нагревает полимерный материал, который окончательно вспенивается; образующийся конденсат под действием расширяющихся гранул отжимается к стенкам пресс-формы и удаляется через специальные дренажные отверстия.

Пресс-формы для пенополистироловых моделей.Общими требованиями к материалам для изготовления пресс-форм являются высокие теплопроводность, стойкость против коррозии при контакте с теплоносителем (горячей водой, паром), достаточная механическая прочность и минимальная адгезия к пенополистиролу.

Для быстрого нагрева гранул, снижения затрат на теплоноситель и равномерного протекания процесса формирования моделей на всех стадиях корпусы пресс-форм делают равностенными (8..10 мм). Тем не менее, пресс-форма должна быть достаточно прочной и жесткой, так как в ее рабочей полости возникает давление от вспенивающегося полистирола до 0,6 МПа.

Конструктивное оформление пресс-форм должно обеспечивать возможность извлечения из нее модели, иметь системы центрирования и крепления отдельных частей, загрузки гранул, подачи теплоносителя, толкателей, охлаждения и крепления к машине при механизированном изготовлении и т.д. В целом пресс-форма тем сложнее и дороже, чем сложнее изготавливаемая в ней модель, а также чем полнее степень механизации и автоматизации процесса изготовления модели.

Изготовление моделей из пенополистироловых плит. В качестве материала используют готовые пенополистироловые плиты.

Пенополистирол легко обрабатывается на обычных деревообрабатывающих станках.

Одним из способов обработки пенополистирола является обработка горячей электронагреваемойнихромовой проволокой.

Обычно сложные модели изготовляют из отдельных частей простой геометрической формы с последующим их склеиванием. Мелкие галтели выполняют клейкой лентой, при больших радиусах их также изготовляют из отдельных конструктивных элементов.

Для соединения составных частей модели, элементов литниковой системы, блоков моделей широко применяют полимерные клеи, нерастворимые в воде, которые обеспечивают быстрое склеивание, не содержат растворителей пенополистирола и не влияют на характер его газификации. Соединение частей модели можно выполнять термической сваркой или сваркой растворением.

Собранные модели и модельные блоки покрывают противопригарной краской или суспензией толщиной 0,2..2,0 мм. После сушки покрытие предохраняет отливку от пригара и повышает прочность модели. Важным показателем покрытия является его газопроницаемость,которая должна обеспечивать выход газов, образующихся при газификации, из зазора между моделью и расплавом.

Процесс формовки осуществляют следующим образом. На дно опоки-контейнера 3 насыпают спой сухого песка 4 толщиной 100..150 мм и его уплотняют вибрацией. Затем в опоку устанавливают модель или блок моделей 6 и заполняют опоку песком при одновременной вибрации.

Опока-контейнер также имеет в стенках отверстия для выхода газа, закрытые металлической сеткой. Для обеспечения высокой газопроницаемоти формы предпочтительно, чтобы зерна песка имели угловатую форму. Особые требования предъявляются к литниковым системам. Они должны обеспечивать плавное и безударное движение металла во время заливки и определенную скорость его подъема в форме. Турбулентный режим течения металла является причиной разрушения песчаной стенки. Такой режим возникает в стояке, поэтому на модель стояка наносят прочное керамическое покрытие или выполняют его из керамических трубок. При литье по газифицируемым моделям не используют выпоры и открытые прибыли.

После получения отливки и выбивки форм песок просеивают и охлаждают, так как из-за низкой термостойкости моделей применять горячий песок нельзя.

Формы для получения массивных и сложных отливок, а также крупных отливок в единичном и мелкосерийном производстве изготовляют из формовочных смесей.

Наиболее предпочтительны самотвердеющие жидкоподвижные смеси (ЖСС), которые имеют необходимые прочность и газопроницаемость, позволяют уменьшить опасность деформации модели при формовке.

Также широко используют сыпучие пластичные твердеющие смеси: песчано-цементные, смеси со смоляным связующим.

Заливка форм. Режимы этого этапа оказывают решающее влияние на качество получаемых отливок. Предпочтительным вариантом является плавное поступление металла в форму снизу с оптимальной скоростью и последовательная газификация модели снизу вверх.

На рисунке представлена схема заполнения металлом формы с газифицируемой моделью. Идеальный случай, когда скорость подъема металла при заданной температуре соответствует скорости плавления модели, т.е. когда происходит замещение материала модели жидким металлом. В постоянном зазоре между металлом и моделью возникает давление газа, достаточное для его интенсивной фильтрации в форму и предупреждения возможного обрушения формы в зазоре при использовании песка без связующего. Жидкая фаза полистирола успевает разложиться до газообразных и твердых составляющих. Причем твердые частички углерода фильтруются через стенки формы, вместе с газовой составляющей.

3. Литье по моделям, полученным методом лазернойстереолитографии

Суть процесса. Этот процесс предназначен для изготовления опытных партий отливок деталей разного назначения в автомобилестроении, авиастроении, ракетной и космической технике, его используют для медицинских целей и получения художественных изделий.

Лазерная стереолитография (ЛС) основана на полимеризации, фотоинициированной лазерным излучением, а так же излучением ртутных или люминесцентных ламп. В основе этой технологии - создание с помощью инициирующего (например, лазерного) излучения в жидкой реакционноспособной среде активных центров (радикалов, ионов, активированных комплексов), которые, взаимодействуя с молекулами с молекулами мономера, вызывают рост полимерных цепей, т.е. процесс полимеризации. Вследствие полимеризации происходит изменение фазового состояния среды - в обработанной области образуется твердый полимер.

Особенности технологического процесса. Технология предусматривает создание трехмерной электронной модели будущей отливки системой САD, которая разбивается на тонкие слои. Затем на лазерной стереолитографической установке эти слои реально воссоздаются и соединяются воедино. В результате выстраивается физический объект в виде мастер-модели из фотополимера для литья по выжигаемым моделям.

Полученная модель с литниковой системой формуется в гипсодинасовой смеси. Форму прокаливают до полного удаления мастер-модели. Для обеспечения высокого качества отливок заливку форм можно производить на установке для центробежного литья. Затем форму разрушают, отделяя литниковую систему и зачищая детали.

Преимущества процесса - резкое (в 5-10 раз) сокращение времени на разработку и внедрение новых изделий; значительное сокращение времени и средств на технологическую подготовку производства, полное исключение ручного труда при изготовлении мастер-модели; изготовление сложных деталей (моделей) и оснастки, спроектированных в разных САПР; достижение высокой точности изготовляемых отливок.

Заключение

Основой повышения экономической эффективности литейного производства, конечно же, является технический прогресс. Технический прогресс - это процесс совершенствования производства, технологических методов и форм организации труда и производства, состоящий в непрерывном совершенствовании производства на базе новой техники, научных достижений и передового опыта. К основным направлениям технического прогресса относятся: Электрификация производства - широкое применение электроэнергии для технологических процессов, орудий труда, управления и контроля производства. Комплексная механизация и автоматизация производства - замена ручного труда все боле сложным комплексом машин-автоматов, выполняющих основные и вспомогательные технологические операции и процессы контроля и управления. Особенно важным это направление является для литейного производства, представляющего комплекс трудоемких и тяжелых работ. Все более широко внедряются автоматические комплексы изготовления форм, приготовления формовочной и стержневой смеси, изготовления стержней, заливки металла в формы, выбивки и очистки отливок. Химизация производства - применение достижений современной химии - новых В литейном производстве широко используют новые связующие, затвердевающие при контакте с нагретой модельной оснасткой, а также холоднотвердеющие связующие. Литье оболочковое, по выплавляемым моделям и по газифицируемым моделям является отражением широкого использования достижений химии в литейном производстве. Таким образом, технический прогресс в литейном производстве базируется на достижениях естественных наук и их приложении к решению непосредственно производственных задач.

Список литературы

1. Технология литейного производства: специальные виды литья: учебник для студ. высш. учеб. Заведений/Э.Ч. Гини, А.М. Зарубин, В.А. Рыбкин; под ред. В.А. Рыбкина. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2007. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Процесс изготовления керамических оболочек, выплавления моделей и литья в разъемные формы. Технология получения крупногабаритных деталей литьем по выплавляемым моделям и керамических оболочковых форм. Новая концепция мелкосерийного литейного производства.

курсовая работа , добавлен 26.02.2013

Описание техники литья зубопротезных деталей по выплавляемым моделям из моделировочного воска в формах из огнеупорного материала по моделям. Борьба с усадкой сплавов и восковых композиций. Технология изготовления форм. Операции по обработке отливок.

презентация , добавлен 16.04.2016

Понятие и отличительные особенности литья по газифицируемым моделям как технологии, позволяющей получить отливки по точности равные литью по выплавляемым моделям при уровне затрат сопоставимом с литьем в землю. Исследование и оценка его преимуществ.

презентация , добавлен 26.05.2015

Сущность технологии литья по выплавляемым моделям. Процесс изготовления разрезных пресс-форм. Суть и назначение обработки конструкционных материалов резанием. Рабочие и вспомогательные движения в металлорежущих станках. Подготовка порошков к формованию.

реферат , добавлен 11.10.2013

Выбор метода литья по выплавляемым моделям для изготовления лопатки диффузора. Обоснование технологических процессов. Основные операции для изготовления заготовки. Припуски и допуски на заготовку, применение оборудования. Нормирование расхода материала.

курсовая работа , добавлен 06.04.2015

Материалы и инструменты, рабочее место ювелира. Инструменты для произведения ювелирных изделий. Литье по выплавляемым моделям в производстве украшений. Использование 3D-моделирования, применение формомассы, елки. Сущность центробежного и вакуумного литья.

дипломная работа , добавлен 29.03.2013

Структура цеха литья по выплавляемым моделям, его производственная программа. Выбор режима работы цеха и фондов времени. Условия работы детали, требования к ее функциональности. Обоснование и выбор способа изготовления отливки. Описание конструкции печи.

дипломная работа , добавлен 06.04.2015

Процесс получения ювелирных изделий литьем по выплавляемым моделям. Особенности изготовления резиновых пресс-форм, восковых моделей, литейных форм. Этапы отделки и художественной обработки ювелирных изделий. Методы литья пластмасс, типы изделий.

реферат , добавлен 16.05.2010

Изучение технологии переплава шихтовых заготовок в литейном цехе. Требования к процессу плавки жаропрочных сплавов при литье лопаток. Описание вакуумной плавильной установки с подогревом форм, принцип ее работы, параметры и технические характеристики.

контрольная работа , добавлен 13.06.2012

Производственная программа литейного цеха и режим его работы. Подбор и краткое описание необходимого оборудования. Технологический процесс изготовления отливок способом литья по выплавляемым моделям. Расчеты инвестиционных затрат и срока окупаемости цеха.

Реферат

Литье по выплавляемым моделям. Обработка конструктивных материалов резанием. Порошковая металлургия

Литье по выплавляемым моделям

Сущность технологии литья по выплавляемым моделям состоит в том, что по неразъемной легкоплавкой модели изготавливают неразъемную разовую форму. В пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают модельный состав, который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы. Модельный состав удаляют, чаще всего выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа - литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800-1000°С и заливают металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4-6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья.

Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Виды продукции, изготавливаемой литьем по выплавляемым моделям:

Технологии - Метод литья по выплавляемым моделям

Метод литья по выплавляемым моделям

Заготовки для ювелирных изделий и их деталей можно получать также методом литья по выплавляемым моделям. Метод этот известен ювелирам с давних пор. Метод является, безусловно, прогрессивным, так как применение его значительно повышает производительность труда, расширяет ассортимент изделий, сокращает потери драгоценных металлов.

Заготовки ювелирных изделий и их деталей, получаемые методом литья по выплавляемым моделям, отливают из золотых, платиновых, серебряных сплавов, называемых литейными. Это большинство золотых сплавов пробы 750, золотые сплавы пробы 583 и 585, содержащие никель и цинк, серебро и медь, платиновые сплавы пробы 950, серебряные сплавы проб 916 и 875.

При литье по выплавляемым моделям формы заливают расплавленным металлом двумя способами: центробежным и вакуумного всасывания. Принудительное заполнение литейных форм при центробежном способе происходит под действием центробежных сил вращающейся печи. Сущность способа вакуумного всасывания заключается в удалении (выкачивании) воздуха из литейной формы во время заливки. Давление в форме понижается до 0,75-2,25 Па против атмосферного, создавая таким образом искусственное избыточное давление жидкого металла на стенки формы.

Технологический процесс литья по выплавляемым моделям. Заготовки ювелирных изделий и их деталей получают методом литья по выплавляемым моделям в следующей последовательности: эталон модели, резиновая пресс-форма, восковая модель, литьевая форма, отливка. <#"654705.files/image001.gif">

<#"654705.files/image003.jpg">

Главное движение - продольное перемещение инструмента, движение подачи отсутствует. Протягивание-производительный метод обработки, обеспечивающий высокую точность и малую шероховатость обработанной поверхности заготовки.

6. Шлифование. При шлифовании главным движением ярляется вращение шлифовального круга. Движение подачи обычно комбинированное и слагается из нескольких движений. Например, при круглом внешнем шлифовании - это вращение заготовки 2, продольное перемещение ее относительно шлифо валь-ного круга и периодическое перемещение шлифовального круга относительно заготовки.

Шлифование производится для окончательной обработки поверхностей деталей. Чаще всего применяют следующие его методы:

1) круглое внешнее шлифование для обработки внешних поверхностей вращения; б) круглое внутреннее шлифование - для обработки отверстий: в) плоское шлифование - для обработки плоскостей.

Основные части и элементы резца, его геометрические параметры

Основные части и элементы резца. Резец состоит из рабочей части или головки А и стержня или тела Б, предназначенного для закрепления резца в резцедержателе. На рабочей части его, срезающей стружку, заточкой образуют такие поверхности: а) переднюю 4, по которой сходит стружка; б) задние / и 6, обращенные к обрабатываемой заготовке. Пересечения передней и задних поверхностей образуют режущие кромки резца. Режущую кромку 5, выполняющую основную работу резания, называют главной, а режущую кромку 3-вспомогательной. Сопряжение главной и вспомогательной режущих кромок образует вершину резца 2.

В некоторых случаях резцы могут иметь переходную режущую кромку 7 и примыкающую к ней переходную заднюю поверхность 8.

Заднюю поверхность 6, проходящую через главную режущую кромку, называют главной задней поверхностью, а поверхность 2, проходящую через вспомогательную режущую кромку,-вспомогательной задней поверхностью.

Поверхности на обрабатываемой заготовке, координатные и секущие плоскости. При станочной обработке заготовки на ней различают такие поверхности (рис. У1.4,а): обрабатываемую 2, обработанную 4, резания 3, образующуюся при резании непосредственно режущей кромкой 4, являющуюся переходной от обрабатываемой поверхности к обработанной.

Общие сведения

При разработке материалов и создании готовых деталей методом порошковой металлургии используются порошки металлов и их сплавов или неметаллических веществ. Из этих порошков вначале прессуют заготовки, которые затем для повышения прочности спекают. Поэтому изделия, полученные из порошков прессованием и спеканием, называют спеченными.

Метод порошковой металлургии ценен прежде всего тем, что позволяет получать материалы, которые другими методами получить невозможно: из металлов со значительной разницей в температуре плавления (например, W - Сu, W - Ag, Мо - Сu), из металлов и неметаллов (бронза - графит), из химических соединений (твердые сплавы из карбидов WС, ТiС и др.), материалы с заданной пористостью (вкладыши подшипников, фильтры); электрическими, магнитными и другими свойствами.

Порошковая металлургия, кроме того, отличается минимальными отходами материалов, позволяет резко сократить станочный парк и число рабочих для производства деталей. Поэтому метод порошковой металлургии часто используется для получения деталей общего машиностроения или бытового назначения, которые ранее изготовлялись литьем и обработкой резанием. Такие детали изготовляют из порошков сталей; бронз, латуней и других металлов.

В задачи порошковой металлургии, таким образом, входят производство порошков и получение из них заготовок или готовых деталей.

Получение порошков

литье металлорежущий порошок резание

Для изготовления спеченных изделий применяют порошки размером от 0,5 до 500 мкм. Получают такие порошки механическими и химическими методами.

1. Механические методы. К ним относятся: распыление жидкого металла, размол стружки и других отходов металлообработки дробление в вибрационной мельнице.

Распыление жидкого металла осуществляется струёй воды или газа под давлением 50...100 МПа. Этим методом получают порошки железа, ферросплавов, нержавеющей стали, жаропрочных сплавов цветных металлов.

Размол отходов металлообработки осуществляют в вихревых или шаровых мельницах.

Дробление в вибрационной мельнице применяют для получения порошков из твердых и хрупких материалов (карбидов, оксидов керамики и др.).

2. Химические методы заключаются в восстановлении металлов из оксидов или солей углеродом, водородом, природным газом.

Восстановлением получают порошки железа (из окалины), вольфрама, молибдена, хрома, меди и других металлов. Сюда же относится метод термической диссоциации карбонилов - соединений типа Ме(СО) (где Ме - один из металлов), обеспечивающий получение порошков высокой чистоты.

Этим методом получают порошки железа, никеля, кобальта и некоторых других металлов.

Подготовка порошков к формованию

Для получения качественных заготовок или деталей порошки предварительно отжигают, разделяют по размерам частиц, смешивают.

Отжиг порошка способствует восстановлению оксидов, удалению углерода и других примесей, а также устранению наклепа, что стабилизирует его свойства и улучшает прессуемость. Отжигу чаще подвергают порошки, полученные механическим измельчением.

Порошки размером более 50 мкм разделяют с помощью набора сит с различным сечением ячеек, а более мелкие - воздушной сепарацией. Конечные свойства порошковых изделий в значительной степени определяются качеством смешивания компонентов шихты. Эта операция обычно осуществляется в специальных смесителях, шаровых или вибрационных мельницах и другими способами.

В ряде случаев в порошковую массу вводят различные технологические наполнители, улучшающие прессуемость порошков (например, раствор каучука в бензине), обеспечивающие получение заготовок экструдированием (выдавливанием) или их механическую обработку (парафин, воск), получение заготовок литьем (спирт, бензол) и др.

Процесс формования заготовок состоит в уплотнении порошка под действием приложенного давления с целью получения из него заготовок определенной формы. Формование осуществляется прессованием, экструдированием, прокаткой.

1. Прессование обычно производится в холодных или горячих пресс-формах. Крупные заготовки получают гидростатическим способом.

Холодное прессование заключается в следующем. В стальную, матрипу поесс-формы с поддоном засыпают определенное количество порошковой шихты и прессуют ее пуансоном 4. При этом резко уменьшается объем порошка, увеличивается контакт между, отдельными частицами, происходит механическое их сцепление. Поэтому прочность прессовки повышается, а пористость уменьшается. Недостатком такой схемы прессования является неравномерность распределения давления по высоте заготовки из-за трения ее о стенки матрицы. Поэтому заготовки, полученные в таких пресс-формах, обладают различной прочностью, плотностью и пористостью по высоте. Таким способом получают заготовки простой формы и небольшой высоты.

Для устранения этого недостатка применяют двустороннее прессование с помощью двух подвижных пуансонов 4. При такой схеме, кроме того, давление прессования уменьшается на 30... 40 %.

В зависимости от требуемой пористости и прочности материала заготовки, а также ее формы давление прессования составляет 0,1...1 ГПа.

Горячее прессование совмещает формование и спекание заготовок. Этот процесс осуществляется в графитовых пресс-формах при индукционном или электроконтактном нагреве. Благодаря высокой температуре давление при горячем прессовании можно значительно уменьшить.

Горячее прессование отличается малой производительностью, большим расходом пресс-форм, поэтому применяется, главным образом, для получения заготовок из жаропрочных материалов, твердых сплавов, чистых тугоплавких металлов (W, Мо).

Гидростатическое прессование заключается в обжатии порошка, помещенного в эластичную (например, резиновую) оболочку, с помощью жидкости в гидростате под давлением до 2 ГПа. Этот метод позволяет получать крупногабаритные заготовки типа цилиндров и труб с равномерной плотностью по всему объему.

2. Экструдированием называется процесс формования заготовок выдавливанием шихты через матрицу с отверстиями различного сечения. Для этого исходный порошок замешивают с пластификатором (парафином, воском) в количестве, обеспечивающем шихте консистенцию пластилина. Этим способом получают прутки, профили различного сечения. Для получения полых изделий (труб и др.) в матрице располагают соответствующую оправку.

3. Прокатка осуществляется путем обжатия порошковой шихты между горизонтально расположенными валками. Этим способом получают пористые и компактные ленты, полосы и листы толщиной 0,02...3 мм и шириной до 300 мм из железа, никеля, нержавеющей стали, титана и других металлов. Процесс прокатки легко совмещается со спеканием и другими видами обработки. Для этого полученную заготовку пропускают через проходную печь и затем подают на прокатку с целью калибровки.

Прокаткой можно получать и двухслойные заготовки (например, железо - медь). Для этого в бункере необходимо установить перегородку для разделения его на две секции вдоль валков.

Спекание и дополнительная обработка заготовок

Для повышения прочности сформованные из порошков заготовки подвергаются спеканию. Эта операция осуществляется в печах электросопротивления или индукционных с нейтральной или защитной средой в течение 30...90 мин при температуре около 2/3 температуры плавления основного компонента. В процессе спекания происходит восстановление поверхностных оксидов, развиваются диффузионные явления, образуются новые контактные поверхности.

При необходимости повышения точности размеров и уплотнения поверхностного слоя спеченные детали подвергают калиброванию - дополнительному прессованию в стальных пресс-формах или продавливанию прутка через калиброванное отверстие в матрице.

Спеченные заготовки можно обрабатывать резанием - точением, фрезерованием, сверлением. В связи с их пористостью не следует применять смазывающе-охлаждающие жидкости, которые, проникая в поры, могут вызвать внутреннюю коррозию материала. Если выход пор на поверхность необходимо сохранить (например, у вкладышей подшипников), обработку спеченных деталей нужно производить хорошо заточенным режущим инструментом.

Спеченные детали из сплавов на основе железа, титана, никеля и других металлов могут также подвергаться различным видам термической или химико-термической обработки.

При конструировании деталей из порошков следует:

не допускать значительной разностенности, так как вследствие большой усадки может произойти коробление детали;

избегать выступов, пазов и отверстий, расположенных перпендикулярно к оси прессования;

избегать острых углов, а в местах сопряжения элементов детали типа фланец - цилиндр предусматривать закругления радиусом не менее 0,25 мм;

толщину стенок детали задавать не менее 1 мм.

Литература

1. Багдасарова Т. А. Устройство металлорежущих станков. Рабочая тетрадь; Академия, 2011. - 480 c.

Банов М. Д., Масаков В. В., Плюснина Н. П. Специальные способы сварки и резки; Академия, 2011. - 208 c.

Галушкина В. Н. Технология производства сварных конструкций. Рабочая тетрадь; Академия, 2012. - 793 c.

Жарский М. И., Иванова Н. П., Куис Д. В., Свидунович Н. А. Коррозия и защита металлических конструкций и оборудования; Вышэйшая школа, 2012. - 304 c.

Лаврешин С. А. Производственное обучение газосварщиков; Академия, 2011. - 192 c.

Люшинский А. В. Диффузионная сварка разнородных материалов; Академия, 2006. - 208 c.

Овчинников В. В. Технология газовой сварки и резки металлов; Академия, 2012. - 240 c.

Применяется для стального литья, а также для получения отливок из цветных металлов и их сплавов при небольших размерах деталей (например, детали швейных машин, режущий инструмент сложной формы из очень твердых материалов, детали ружей, мелкие детали счетных машин). Этот метод обеспечивает очень высокую степень точности до ±0,005 мм на 25 мм длины отливки, после которого почти не требуется механической дообработки.

Сущность метода состоит в том, что модель изготавливается из легко–плавких материалов: стеарина, парафина, воска, канифоли или чаще из смеси этих материалов.

После получения формы при просушке и прокалке этих форм, модель в форме расплавляется и состав ее выливается из формы, таким образом форма получается неразъемная, цельная, что и обеспечивает высокую точность отливок. Формовочная смесь состоит из мелкого пылевидного песка, небольшого количества каолина и водного раствора жидкого стекла (Na 2 O·SiO 2), т.е. представляет сметанообразную массу. Парафино-стеариновая модель, изготовленная в специальных прессформах для получения формы, погружается в эту смесь. В результате на поверхности модели образуется тонкая корка формы (толщиной 0,5÷2 мм), которая присыпается мелким песком.

Такая готовая форма с моделью внутри в течение 5–6 часов сушится на воздухе, а затем помещается в специальный сушильный шкаф литниковой системой вниз, где при t до 200°С модель расплавляется и вытекает из формы. Для упрочнения формы, она затем помещается в печь, где прокаливается при t3800–900°C. При этом остатки состава модели выгорают. Чтобы форма не разрушалась во время заливки металла ее ставят в специальные ящики из листвой стали и засыпают песком. Литниковая система обычно делается после получения самой формы. Причем в силу малых размеров деталей несколько форм блокируют и соединяют в общую литниковую систему. После заливки жидкого металла в такую форму и затвердения его, форма разрушается.

Для лучшего отделения формовочной смеси от отливки, отливку погружают в щелочные растворы, где формовочная смесь растворяется и окончательно отделяется от отливки.

Пресс формы изготавливают из пластичных сплавов, цветных металлов, обжимая и спрессовывая их на специальную модель из стали, называемой эталоном при Р = 1,5÷2 атм (0,15…0,2 МПа).

Технологический процесс изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям состоит из следующих основных операций.

Изготовление моделей

Модельный состав, состоящий из двух или более легкоплавких компонентов: парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др., в пастообразном состоянии запрессовывают в прессформы (рисунок 2.5, а). В качестве материала прессформ в зависимости от вида производства используют гипс, пластмассы, легкоплавкие металлы, сплавы, сталь или чугун. После затвердевания модельного состава прессформа раскрывается и модель (рисунок 2.5, б) выталкивается в ванну с холодной водой.

Рисунок 2.5 – Последовательность операций процесса литья по выплавляемым моделям:

1 – прессформа; 2 – модельный состав; 3 – модель; 4 – модельный блок;
5 – емкость с керамической суспензией; 6 – специальная установка для обсыпки; 7 – кварцевый песок; 8 – бак с водой; 9 – устройство для нагрева воды; 10 – электрическая печь; 11 – оболочки; 12 – жаростойкая опока;
13 – ковш с расплавленным металлом

Сборка модельных блоков

Для этого модели собирают в модельные блоки (рисунок 2.5, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей. Соединяют модели в кондукторе, механически скрепляя или склеивая их. Одновременно ведется отливка литниковой системы.

Для сборки моделей в блоки в кондукторе выставляют металлические стояки из алюминия, наращивают на них слой модельного состава толщиной 25 мм и крепят к нему модели. Этот прием ведет к повышению прочности блока, сокращению расхода состава, обеспечению удобства транспортирования, хранения и просушивания блоков при нанесении обмазки.

Покрытие моделей огнеупорной оболочкой

Модельный блок погружают в керамическую суспензию, налитую в емкость (рисунок 2.5, г), с последующей обсыпкой кварцевым песком в специальной установке (рисунок 2.5, д). Используемая керамическая суспензия состоит из огнеупорных материалов (пылевидный кварц, тонкоизмельченный шамот, электрокорунд и другие материалы) и связующего (гидролизованный раствор этилсиликата).

Затем модельные блоки сушат 22,5 ч на воздухе или 20 – 40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят 46 слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

Выплавление модельного состава из форм производят в горячей воде (80 – 90°С) (рисунок 2.5, е). При выдержке в горячей воде в течение нескольких минут модельный состав расплавляется, всплывает на поверхность ванны, откуда периодически удаляется для нового использования.

Подготовка литейных форм к заливке

После извлечения из ванны оболочки промывают водой и сушат в шкафах (1,52 ч при 200°С). Затем оболочки ставят вертикально в жаростойкой опоке, вокруг засыпают сухой кварцевый песок и уплотняют его, после чего форму направляют в электрическую печь (рисунок 2.5, ж), в которой ее прокаливают (не менее 2 ч при 900 – 950°С).

В печи частички связующего спекаются с частичками огнеупорного материала, влага испаряется и остатки модельного состава выгорают.

Заливка расплавленного металла из ковша производится сразу же после прокалки в горячую литейную форму (рисунок 2.5, з).

Охлаждение отливок.

После охлаждения отливки форму разрушают. Отливки отделяют от литников и для окончательной очистки направляют на химическую очистку, затем промывают проточной водой, сушат, подвергают термической обработке и контролю.

Участки литья по выплавляемым моделям имеются на многих судостроительных и машиностроительных заводах. На них изготовляют сложные по конфигурации стальные отливки, получение которых другими способами или с применением механической обработки невозможно или привело бы к значительному усложнению технологического процесса и удорожанию продукции. К таким отливкам относятся в основном различные мелкие детали: турбинные лопатки, крыльчатки, решетки, распылители, угольники, кронштейны, рукоятки, ключи и другие детали высокой точности.

Электрошлаковое литье (ЭШЛ) – это способ получения фасонных отливок в водоохлаждаемой металлической литейной форме – кристаллизаторе, основанной на применении ЭШЛ расходуемого электрода. Применяется для получения точных крупных стальных (спец. сплавов) отливок ответственного назначения (фасонные элементы аппаратуры, работающие под давлением).

Сущность заключается в том, что приготовление расплава (плавка) совмещено по месту и времени с заполнением литейной формы V распл. = V кристал.