для получения отливок в форме тел вращения рациональнее использовать
Для получения отливок в форме тел вращения рациональнее использовать
Облицевать пол на кухне – задача всегда нелегкая. Ведь владельцу приходится в полной мере учитывать специфические особенности этой комнаты.
Отмостка необходима для отвода дождевой воды и паводка от фундамента сооружения. Она способна предупреждать промерзание и вспучивание почвы.
Основанная по полиэтилене пленка получила в наше время большое распространение. Из всех вариантов пластиков именно полиэтилен пользуется наибольшим спросом. Объясняется.
Кухня – помещение многофункциональное. Не только употребление пищи и готовка происходят там. Именно на кухне принимают гостей, праздную семейные торжества, устраивают.
Читать новости в печатном виде есть возможность далеко не у каждого.
Современные входные двери делают чаще всего из металла, поскольку это наиболее безопасный и практичный вариант материала изготовления. Для жителей городов такие двери.
Большую ценность представляет лом цветного металла. Переработке цветмет поддается легко, поэтому сбор его проводится активно. Однако от приема черных металлов сбор.
Во множестве отраслей промышленности нашли применение пневматические диафрагменные насосы. Даже в сложных климатических условиях они проявляют надежность и работают.
Выбор рационального способа литья заготовки проектируемой детали
В процессе проектирования технологичных изделий конструктор должен обеспечить не только их эксплуатационные характеристики, но и оптимизировать расходы на производство.
Одну и ту же деталь можно изготовлять из заготовок, получаемых различными способами. Основополагающим принципом выбора способа получения отливки является обеспечение максимального приближения ее размеров к проектируемой детали, что существенно сокращает расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Вот почему при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства — заготовительного и механообрабатывающего.
Выбор способа получения отливки определяется теми же факторами, что и при проектировании поковки. Конструкторско-технологическими признаками изделия являются форма и размеры заготовки; требуемая точность и свойства поверхностного слоя; технологические свойства материала заготовки и программа выпуска изделий.
Формы и размеры заготовки. Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяет получать заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В то же время некоторые способы литья (литье под давлением, центробежное литье и др.) накладывают определенные ограничения на выбор формы отливки и условия ее изготовления.
При литье в песчаные формы размеры заготовки практически не ограниченны. Однако минимальные размеры изделия (например, толщина стенки отливки) нередко являются ограничивающим параметром.
Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок влияют на их себестоимость. Причем масса заготовки влияет активнее, так как с ней связаны расходы на оборудование, оснастку и т. п.
Требуемая точность и свойства поверхностного слоя заготовки. Себестоимость заготовок существенно зависит от точности их геометрических форм и размеров. Чем выше требования к точности отливок, тем выше стоимость их изготовления. Это объясняется, главным образом, увеличением стоимости оснастки, уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности, увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию.
Свойства поверхностного слоя заготовки влияют на последующую обработку и эксплуатационные свойства детали, например на усталостную прочность, износостойкость. Они формируются практически на всех стадиях изготовления заготовки. Выбранный способ определяет не только шероховатость, но и физикомеханические свойства поверхностного слоя.
В качестве примера сравним заготовки, получаемые литьем в песчаные формы и под давлением. В первом случае поверхность отливки шероховатая неточная. При обработке такой заготовки резанием возникает неравномерная нагрузка на инструмент, что, в свою очередь, снижает точность обработки.
Заготовка, полученная литьем под давлением, имеет низкую шероховатость (см. табл. 34.1), но ввиду высокой скорости охлаждения и отсутствия податливости формы в поверхностном слое отливки возникают остаточные напряжения растяжения, которые могут привести к короблению заготовки и образованию трещин.
Технологические свойства материала отливки. Для каждого способа изготовления заготовок требуется определенный комплекс литейных свойств материала. Именно технологические свойства материала часто накладывают ограничения при выборе способа получения отливки. Так, серый чугун имеет высокие литейные свойства, поэтому отливки из этого сплава могут быть изготовлены всеми известными способами литья, кроме литья под давлением. При получении заготовок из высоколегированных сталей, характеризующихся низкой жидкотекучестью, применяют, как правило, самый дорогой способ — литье по выплавляемым моделям.
Себестоимость изготовления отливок зависит от технологических свойств материала. Например, переход от чугуна к стали при производстве отливок повышает себестоимость заготовок (без учета стоимости материала) на 20. 30 %.
Свойства поверхностного слоя у заготовок из одного и того же материала, но полученных различными способами литья, будут неидентичны (см. табл. 34.1). Так, при изготовлении отливок литьем в песчаные формы шероховатость составляет Ra 80. 20 мкм, а при литье под давлением — Ra 10. 2,5 мкм.
Тип производства. На выбор способа получения отливок оказывает влияние и тип производства. Например, в условиях крупносерийного и массового производства рентабельны способы литья с использованием металлических и оболочковых форм. Для получения отливок из труднообрабатываемых материалов возможно применение литья по выплавляемым моделям, а при изготовлении тонкостенных заготовок из цветных сплавов (tпл
Основные виды литья для изготовления отливок
Литьё в песчаные формы
Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т.д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.
Литьё в кокиль
Литьё металлов в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.
В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.
Литьё под давлением
ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.
Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:
Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:
Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.
Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:
Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:
Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:
Литьё по выплавляемой модели
Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногобаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС.Таким образом получаем отливку.
В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.
Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:
• Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.
• Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.
• При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.
• Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.
Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям
Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения ЛГМ — отливки массой 0,1—2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40—1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.
На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:
Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95-97 %.
Центробежное литье и центробежный метод литья
Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.
Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.
При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.
В нашем производстве используют машины с горизонтальными осями вращения. Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья. Что такое центробежное литьё?
Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).
Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:
Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:
Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.
По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.
Литьё в оболочковые формы
Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).
Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.
Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.
Выбор оптимального положения отливки в форме при заливке и рациональной поверхности разъема формы и модели
При выборе положения отливки в форме при заливке необходимо обеспечить соблюдение ряда условий, позволяющих получить качественную отливку при минимальных расходах на ее изготовление. Так как одновременное соблюдение всех условий не всегда возможно, ниже они приведены в порядке убывания значимости:
1. Положение отливки в форме должно обеспечивать направленное затвердевание и питание всех нижележащих элементов отливки через вышележащие из прибылей. Для этого необходимо определить схему питания отливки и разместить наиболее массивные ее узлы в верхних или боковых частях формы. На этих узлах должны быть площадки или поверхности для размещения верхних или боковых прибылей (рис. 2.1-2.3). На рис. 2.1, б-2.3, б показаны схемы неправильного расположения отливки в форме. Принцип направленного затвердевания при этом не соблюдается. Прибыли, установленные вверху, не обеспечат питания изолированных узлов в нижних фланцах (см. рис. 2.1, б и 2.2, б). Боковые прибыли, установленные по разъему формы, не смогут пропитать нижнюю толстую стенку отливки (см. рис. 2.3, б).
2. Положение отливки в форме должно обеспечивать наиболее простое оформление литниковой системы. Она должна подводить сплав к полости формы по кратчайшему пути, при этом нежелательно применение стержней, а также необходимо, чтобы сплав поступал в форму спокойно, не фонтанировал и не размывал стержни и выступающие части полости формы.
Вопросы конструирования литниковых систем и выбора мест их подвода к отливке рассмотрены далее. С этой точки зрения длинные (высокие) отливки лучше располагать в форме горизонтально. Это уменьшит скорость движения сплава в литниковой системе и обеспечит плавное заполнение формы. С точки зрения простоты оформления литниковых систем при формовке выбранное положение отливки в форме должно обеспечивать размещение литникового хода (шлакоуловителя) и питателей в плоскости разъема формы.
3. Для предотвращения образования газовых раковин положение отливки в форме должно обеспечивать преимущественно верхний отвод газов из стержней (через верхние знаковые части). С этой точки зрения показанное на рис. 2.3, а положение отливки в форме нерационально, так как в верхней части отливки нет возможности для выхода газов из стержня (знаковая часть стержня отсутствует). Для устранения этого недостатка следует либо изменить конструкцию отливки, предусмотрев в ее верхней части отверстие для выхода знаковой части стержня, либо наметить специальные меры по вентиляции стержня. Вариант, показанный на рис. 2.3, б, лишен этого недостатка, но он неприемлем, так как не обеспечивает питания отливки.
4. Положение отливки в форме должно обеспечивать получение формы с минимальным количеством стержней. Сравнение вариантов, показанных на рис. 2.2, а и б, свидетельствует о том, что вариант, изображенный на рис. 2.2, а, рациональнее не только с точки зрения обеспечения направленности затвердевания отливки, но и с точки зрения меньшей трудоемкости изготовления формы. Получение формы по варианту, данному на рис. 2.2, б, связано с применением либо двух плоскостей разъема и трех опок, либо двух стержней вместо одного по варианту, показанному на рис. 2.2, а.
5. Ответственные и подвергаемые обработке поверхности, особенно поверхности трения, следует располагать внизу или в крайнем случае вертикально либо наклонно. Это уменьшает число пороков, связанных с неметаллическими включениями и образованием газовых раковин (рис. 2.4).
7. Формы для отливок, имеющих конфигурацию тел вращения с обрабатываемыми наружными и внутренними поверхностями, лучше заливать в вертикальном положении.
8. Большие плоские поверхности не следует располагать вверху. Если это неизбежно, то рекомендуется делить их ребрами на меньшие участки, что уменьшает возможность образования ужимин и разрушения верхней поверхности формы лучистой теплотой сплава, заполняющего форму.
9. Для отливок, имеющих полости, оформляемые стержнями, необходимо обеспечение надежной установки и фиксации стержней на знаках в нижней полуформе. Крепление стержней в верхней полуформе трудоемко и менее надежно. Целесообразно исключить применение жеребеек. Положение в форме отливки «Колпак», показанное на рис. 2.3, б, нерационально исходя из данных соображений.
10. Вариант выбора положения отливки в форме должен быть согласован с условиями выбора поверхности разъема формы. При разработке технологического процесса изготовления отливки технолог сталкивается с необходимостью рассмотреть несколько альтернативных вариантов положения отливки в форме при заливке. Оптимальным является то положение, которое обеспечивает получение качественной, отвечающей техническим требованиям отливки и удовлетворяет наибольшему числу рассмотренных выше условий.
Иногда для улучшения условий заполнения формы и обеспечения направленности затвердевания стенок отливки после заливки изменяют положение формы в пространстве (метод частичного и полного поворота). Так, протяженные отливки (например, столы металлорежущих станков) формуют горизонтально, а собранные формы под заливку ставят вертикально.
На чертеже элементов литейной формы независимо от ее положения при заливке построение всех составных частей формы выполняется в том виде, в каком отливка находится в ней при затвердевании.
При определении поверхности разъема формы необходимо учитывать следующие рекомендации:
1. Число разъемов формы должно быть минимальным. Целесообразно иметь одну плоскость разъема и изготовлять отливку в двух полуформах. Для обеспечения этого иногда необходимо совместно с конструктором откорректировать конфигурацию отливки.
2. При выбранной поверхности разъема модели и формы модель должна свободно извлекаться из формы после формовки. Для определения участков отливки, препятствующих свободному извлечению из формы оформляющей их модели, мысленно проверяют, образуются ли теневые участки при освещении отливки параллельными лучами, перпендикулярными выбранной плоскости разъема модели (рис. 2.6). Затененные участки указывают на элементы в конструкции модели, которые не могут быть извлечены из формы после формовки без ее разрушения. Эти элементы (например, бобышка 2) должны быть оформлены или стержнями (рис. 2.7, а), или с применением отъемных частей 1 модели (рис. 2.7, в), которые при съеме модели остаются в форме и затем извлекаются из нее (рис. 2.7, б).
4. Необходимо использовать все возможности сокращения количества стержней путем замены их болванами и такого расположения отливки в форме, при котором возможно объединение нескольких стержней в один, если это не повышает трудоемкости изготовления стержня.
5. Болваны желательно располагать в нижней полуформе, так как при этом уменьшаются усилия, стремящиеся их разрушить при извлечении модели из формы (рис. 2.9).
7. Положение отливки в форме и поверхность разъема должны способствовать тому, чтобы общая высота формы была наименьшей, а обе полуформы были примерно одинаковы по высоте.
8. Фиксирование стержней целесообразно осуществлять в нижней полуформе.
9. У тонкостенных отливок и отливок с малыми отверстиями поверхность разъема должна проходить так, чтобы эти элементы находились в одной части формы.
10. Плоскость разъема должна обеспечивать наименьшее количество заливов и снижение брака по перекосам. Поэтому надо стремиться к минимальной протяженности литейных швов на поверхности отливок.
Выбор поверхности разъема непосредственно связан с принятым положением отливки в форме. Поэтому технолог решает вопросы выбора положения отливки в форме и поверхности ее разъема совместно. При этом осуществляется и анализ технологичности литой детали. В случае необходимости по согласованию с конструктором вносятся коррективы в конструкцию отливки.