 |
Температура плавления сплавов.
|
|
|
|
Общие представления о литейном производстве.
Введение.
Литейным производством называется способ изготовления заготовок путем заливки жидкого металла в форму, полость которой имеет конфигурацию детали.
Перед другими способами литье имеет следующие основные преимущества:
1. Позволяет получать детали из недеформирующихся материалов (чугун, силумин) или не поддающихся обработке резанием - сталь Гатфильда.
2. Позволяет получать сложные по форме (фасонные) детали, изготовление которых другими способами невозможно или дорого.
3. Литье позволит получать заготовки любого веса (от граммов до сотен тонн).
Технология изготовления отливок состоит из следующих основных операций: изготовление формы, приготовление жидкого металла, заливки металла в формы, выбивки отливок из форм, обрубок и очисток отливок, термообработки и контроля отливок. Существует несколько способов литья: в разовые формы (песок на связках), полупостоянные (графитовые, гипсовые), и постоянные (металлические). Основное принципиальное различие между ними в способах изготовления формы. Формы изготовленные разными способами обеспечивают разное качество отливок по точности размеров и чистоте поверхностей, но обычно чем выше требования к качеству отливок, тем дороже форма. Наиболее дешевый и распространенный способ - отливка в разовые песчанно-глиняные формы: форма изготавливается из увлажненной смеси песка (90%) и глины (остальное). Этим способом получают до 80 % всего литья.
Элементы литейной формы
Литейная форма (рис 4.1) включает: 1 - полость заполняемую жидким металлом; 2 - стержень керамический вставной элемент, формирующий внутреннюю полость отливки; 3 - литниковый канал для заливок жидкого металла с воронкой облегчающей попадание струи в канал; 4 - выпор-канал для выхода воздуха, газов; 5 в,н - опора верхняя (в) и нижняя (н) для удержания формовочной смеси 6. Опоры имеют только боковые стенки. Смесь, утрамбованная в них, удерживается благодаря конусности стенок и ребер на их внутренней поверхности. В приливах опор 7 имеются отверстия для их центровки и скрепления друг к другу скобами 8. Вместо скрепления возможно нагружение верхней опоры грузами. Если опоры не будут скреплены или нагружена верхняя опора, то по разъему возможен прорыв металла.
|
|
|
Для изготовления полости 1 необходима модель. Ее изготавливают из дерева (при единичном производстве) или из металла (при серийном).
Для изготовления стержня 2 необходимы деревянные или металлические стержневые ящики имеющие внутреннюю полость, формирующую стержень.
При наличии всех элементов и приспособлений для изготовления формы готовят огнеупорные смеси или изготавливают формы и смеси.
Свойства литейных сплавов.
4.1.3.1. Общее представление о литейных сплавах.
Сплавы включают элемент основу (>50%), легирующие элементы и примеси. Наиболее распространенные литейные сплавы: чугун (77% отливок) и стали (21% отливок) имеют основу Fe и называются черными. Сплавы на основе других металлов цветные. Их называют по элементам-основам: медные, алюминиевые, титановые и т.д. Литейные сплавы маркируются аналогично деформируемым. В конце маркировки ставится буква "Л". От соответствующих деформируемых сплавов они отличаются несколько большими допустимыми значениями вредных примесей. Лучшие литейные сплавы не деформируются. Это связано с тем, что высокие литейные свойства (высокая жидкотекучесть, минимальный осадок) обеспечиваются высоким содержанием легирующих элементов и примесей. Такие сплавы имеют низкую пластичность (например чугуны).
|
|
|
При выборе сплава необходимо учитывать его механические свойства, стоимость и литейные свойства. Если принять среднюю стоимость чугунных отливок за 100%, то стоимость отливок из других сплавов состоит: 150% из стали, 300-600% из цветных сплавов.
Литейные свойства сплавов важны как при проектировании литой детали, так и при изготовлении литейной оснастки (модели, стержневые ящики и др.). Основные литейные свойства: температура плавления, жидкотекучесть, усадка и склонность к ликвации.
Температура плавления сплавов.
Она определяется в первую очередь температурой плавления основного элемента:
W Ti Fe Cu Al Mg
3400 1668 1539 1083 660 650
Легирующие примеси снижают температуру плавления. Наиболее сильно (несколько десятков градуса на каждый процент) снижают температуру плавления элементы с малым атомным весом: C, H, N, O, S. Они весьма склонны к дендритной ликвации. Остальные понижают температуру в пределах до 10С на один процент примеси. Чем выше температура плавления сплава, тем выше требования о огнеупорности поверхностных слоев разовых форм и термостойкости постоянных (металлических).
С повышением температуры плавления сплава необходимо увеличить огнеупорность наполнителя (песка) в поверхностном слое; необходимо применять более чистый по химическому свойству наполнитель.
Стойкость постоянных форм резко снижается с увеличением температуры плавления сплавов.
4.1.3.3. Жидкотекучесть.
Это способность сплава при заливке заполнять форму и воспроизводить ее рельеф. Для оценки жидкотекучести сплава перегретые на 100 градусов С над температурой их плавления, заливают в длинный канал, сечением 0,56 сантиметров в квадрате. Канал формируется в песчанно-глинянной форме. Чтобы он занимал меньше места его делают в виде спирали. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем дальше по спирали затечет сплав. Жидкотекучесть выражается длинной канала заполненного сплавом при таком испытании и меняется от 300 мм до 1200 мм для разных сплавов. Тем меньше интервал затвердевания (резкость между температурами начала и конца затвердевания), тем выше жидкотекучесть.
В порядке убывания жидкотекучести сплавы можно разместить: чугун (около 4.3%С), сплавы Cu, чугун (около 2,5%С), сталь, сплавы Аl, сплавы Mg. Чем выше нагрет сплав над температурой плавления, тем выше его жидкотекучесть. При движении сплава по форме он отдает ей тепло и теряет жидкотекучесть. Скорость потери тепла сплавов и сл-но жидкотекучести, будет возрастать с уменьшением толщины заливаемости стенки и увеличением теплопроводности формы. Поэтому чем выше жидкотекучесть, тем с более тонкими стенками можно получить отливку. Минимально допустимая толщина стенок для разных сплавов, занимают песчанно-глиняную форму. Чугун 2,5 мм; бронза 3 мм; сталь 4 мм. С увеличением габаритного размера отливок толщина стенок (б) толщина увеличивается (рис. 4.2.) т.к. сплав должен преодолеть габаритный размер (N)-это средняя арифметическое габаритов отливки
|
|
|
N=2L +B +H
где L - длина, мм
В - ширина, мм
Н - высота, мм
С учетом габаритного размера или веса отливки по справочнику определяется минимально допустимая толщина стенки для сплавов данной группы т.е. сплавов на определенной основе т.к. в металических формах тепло теряется быстрее, то минимально допустимые толщины стенок выше.
4.1.3.4 Усадка.
Различают два вида усадок: объемную и линейную.
А) Объемная усадка - это уменьшение объема жидкого сплава при его охлаждении и затвердевании. Выражается в %. Наибольшую объемную усадку имеют стали (до 6 %), низкоуглеродистое (2,2-2,4%с) чугуны, сплавы аллюминия. Величина объемной усадки увеличивается с увеличением перегрева над температуройт плавления. Объемная усадка неприятна тем, что может привести к образованию пустот (усадочных раковин) внутри отливки. Это явление приходится учитывать в сплавах сповышенной величиной объемной усадки.(сталях,н/ц чугунах,фллюминевых сплавов).
Для предотвращения усадочных раковин в отливках из таких сплавов, более массивные части нужно при заливке располагать вверху, а над ними делать прибыль (как в слитках). В этом случае вышележащие объемы будут компенсировать объемную усадку нижележащих, а в верхнюю часть отливок жидкий металл будет поступать из прибыли. Прибыль при зачистке отливок отрезается.
|
|
|
При конструировании литых деталей необходимо по возможности избегать больших скоплений металла в стенках отливки. В них может появится усадочная раковина. Для этого не следует завышать радиус перехода от стенки к стенке (рис.4.3а), а выполнять их в соответствии с рекомендациями справочной литературы, создавать в местах скопления металла углубление (рис4.3б)- углубление (а, б, с); при сопряжении четырех стенок (рис4.3в) смещать вертикальные стенки.
а)Линейная усадка. Это сокращение линейных размеров отливки при охлаждении от температуры затвердения до комнатной. Выражается в процентах.
Для чугуна -1%, сталь-2%, большинства цветных металлов-1.5. Размеры модели увеличивают на величину этой усадки. Линейная усадка также вызывает ряд осложнений при получении отливок. При затормаживании усадки (выступами формы, стержнями) в отливке возникают напряжения, вызывающие ее коробление, а иногда и образование трещин. Поэтому при конструировании литой детали необходимо стремиться к наиболее простой форме поверхностей (без выступов, впадин и резких переходов). Наиболее слабым местом в отливках являются места сопряжения стенок. Здесь концентрируются напряжения. С целью упрочнения этих участков в них следует предусматривать гантели. Радиусы гантелей составляют 1/5 - 1/3 средней арифметической толщины сопряженных стрелок (а + в)/ 2. После прикидочного расчета берут скругленный радиус 1, 2, 3, 5, 8, 10, 15, 20, 25, 30, 40мм.
Галтели не только устраняют трещины, но и предотвращают осыпания формовочной земли при извлечении модели из формы.
В местах перехода от одной толщины стенок к другой также необходимы гантели, а еще лучше плавные переходы (рис.4.5).
Вследствие неравномерного охлаждения отливок по толщине возможно неравномерное сокращение размеров и коробление. Это особенно опасно для тонкостенных участков. Здесь необходимо предусматривать ребра жесткости до 80% толщины детали (рис.4.6).
\г) Ликвация. В отливках как и в слитках идет затвердевание в виде дендритов. Поэтому также наблюдается дендритная химическая неоднородность. Так как междендритная жидкость может перемещаться в незатвердевшие осевые участки. Возможна химическая неоднородность на зонах — зональная ликвация. Максимальное количество примесей будет в зонах, затвердевших последними.
При наличие прибыли зональная ликвация выражена только в ней и удаляется с прибылью..
Проектирование отливки.
Проектирование отливки выполняется по чертежу заданной детали. При индивидуальном и серийном производствах выполняется прямо на чертеже детали. При крупно серийном делается отдельный чертеж отливки.
|
|
|
Этапы проектирования:
1 Определяется положение детали при формовке и линия ее разъёма. Следует выбрать такое положение детали и разъема при котором выполнялось ряд основных условий: высота(вертикальный размер) наименьшая, обрабатываемые поверхности располагаются сбоку или внизу, наибольшие скопления металла (массивные части)- вверху, линия разъема должна быть в виде горизонтальной плоскости. Поиск оптимального положения детали требует определенных навыков, которые студент приобретает на практических занятиях. Иногда оптимально формовать в одном, а заливать в другом положении - чтобы при заливке выполнить требования по расположению массивных частей вверху или обрабатываемых частей сбоку или внизу.
2 Определяется класс точности размеров с допуска, допуски на обрабатываемые поверхности. В результате для каждого размера детали находится размер отливки.
3 В зависимости от используемого сплава и массы (или габаритных размеров) отливки определяется минимально допустимая толщина стенок отливок. Толщины стенок меньшего размера увеличиваются до найденного минимального размера.
4 Определяются уклоны по боковым наружным поверхностям (уклоны по внутренним поверхностям определяются условными изготовлениями стержня). На обрабатываемых поверхностях припуск на уклон назначается сверх припуска на механическую обработку. На необрабатываемых поверхностях пропуск на уклон может:
а) увеличивать толщину стенок, если она тоньше 6 мм;
б) уменьшать толщину стенок, если она больше 12 мм;
в) до 1/2 высоты стенок "срезать", на 2-ой половине высоты "наращивать" толщину стенок, если она в пределах 6-12 мм.
Уклон показывается на чертеже отливки в угловых размерах или в виде изменения соответствующего размера отливки.
5 Рассчитываются радиусы закругления в углах и переходах размеров сечений.
6 Определяется выполнимость отверстий и углублений. Невыполняемые отверстия и углубления заливаются металлом. Их называют напусками. В готовой отливке такие отверстия и углубления выполняют механической обработкой.
7 Определяются для сплава отливки припуск размеров на линейную усадку. При изготовлении модели размеры, указанные на чертеже отливки будут увеличены на величину линейной усадки (с помощью соответствующего усадочного метра).
8 Чертёж отливки. Тонкими линиями вычерчивают контуры детали и нормальными - контуры отливки, полученными по результатам расчётов по n.n.2.7. Проставляют размеры отливки с допусками. Обозначаются стержни и размеры стержневых знаков (это опорные элементы стержней). При изготовлении модели на ней должны быть выполнены выступы под стержневые знаки. Чертёж выполняется в соответствие с ГОСТ 2.423-73.
9 Проектируют или подбирают из имеющихся остальных элементы оснастки: опоки, литейные и газоотводные каналы.
10 Проектируют и изготовляют стержневые ящики.
|
|
|
