Проектирование и производство литых заготовок - часть 1

ВВЕДЕНИЕ.

В результате практического использования достижений научно-

технического прогресса, в технологии машиностроения все более четко форми-
руются следующие основные направления развития:

повышение удельного веса непрерывных процессов производительности

металлорежущего оборудования, значительное повышение точности на всех
стадиях машиностроительного производства;

ускорение внедрения комплексной механизации трудоемких работ и по-

вышения уровня автоматизации процессов, усиление контроля за качеством об-
работки деталей, применение автоматических манипуляторов, внедрение гиб-
ких производственных систем;

совершенствование структуры технологических процессов, заключающие-

ся в замене трудоемкого труда обработки прогрессивными видами штамповки,
проката и точного литья;

снижение уровня удельной материалоемкости деталей, узлов и готовых

изделий за счет повышения качественных характеристик конструкционных ме-
таллов.

В решении поставленных задач большое место отводиться исходной заго-

товке, и особенно литой, т.к. отливки составляют от 50 до 80% от массы выпус-
каемых изделий.

Действительно, ни один технологический процесс изготовления продукции

машиностроения не может быть поставлен на непрерывный поток производст-
ва, если не будут решены вопросы однородности в свойствах и размерах ис-
ходных заготовок. Показатели качества изделий так же тесно связаны с точно-
стью и качеством применяемых заготовок. Технологический процесс, постро-
енный на использовании заготовок с большими допусками, припусками, с гру-
бой поверхностью, неоднородной твердостью материала, с большими уклонами
может вызвать большие колебания в допусках готовой детали вследствие зако-
на копирования при механической обработке. Влияние качества, себестоимости
литых заготовок так же просматриваются и отображаются на других направле-
ниях развития технологии машиностроения.

Постоянно возрастающие требования к литым заготовкам привели к тен-

денции перехода от традиционных способов литья в песчаные формы к специ-
альным способам литья. Эти тенденции объясняются тем, что специальные
способы литья способствуют резкому снижению трудозатрат и материалоемко-
сти получаемых изделий, достижению высоких физико-механических характе-
ристик и эксплуатационных свойств литых изделий.

Наряду с дальнейшим усовершенствованием способов гравитационного

литья в специальные формы (кокиль, керамические, оболочковые, графитовые
и др.) проводится разработка и внедрение ряда новых эффективных принципов
воздействия на жидкий и кристаллизующийся металл и создаются такие специ-
альные способы литья, как литье под регулируемым перепадом давления, литье
с применением электрического и электромагнитного воздействия, литье с по-

мощью ультразвуковой обработки и ряд других. Все это привело к наличию
большого количества существующих способов изготовления литых заготовок.

Большое разнообразие способов изготовления отливок вызывает опреде-

ленные трудности в оценке, в выборе, в проектировании  чертежа литой заго-
товки, в осуществлении технологической подготовки производства конкретно-
заданной  детали.  Решению  этих  задач  поможет  учебное  пособие  «Проектиро-
вание и производство литых заготовок» при изучении студентами таких учеб-
ных дисциплин, как: «Основы технологии машиностроения», «Технология ма-
шиностроения», «Аппаратные    и  программные  системы  управления», «Управ-
ление  процессами  в  машиностроении», «Технологические  процессы  литья  и
сварки», при курсовом или дипломном проектировании.

Учебное пособие «Проектирование и производство литых заготовок» мо-

жет быть полезным так же для инженерно-технических работников, как маши-
ностроительных, так и литейных специальностей.

1. ЛИТЕЙНЫЕ СПЛАВЫ. СВОЙСТВА, ОСОБЕННОСТИ ВЫПЛАВКИ И

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТЛИВОК

При выборе материалов для деталей следует учитывать характер нагруже-

ния детали (статическая, динамическая или знакопеременная нагрузка), влия-
ние размеров сечения детали (масштабный фактор), конструктивную форму
(фактор формы) и, наконец, характер технологической обработки.

Выбор литейного сплава при конструировании литых деталей, предназна-

ченных для работы в заданных условиях, определяется служебными (механиче-
скими, физическими, химическими и т. д.) и технологическими (литейными,
обрабатываемостью) свойствами, а так же стоимостью.

Для изготовления литых деталей применяют: чугун (серый, модифициро-

ванный, высокопрочный, ковкий, легированный), сталь (углеродистую, легиро-
ванную), медные, алюминиевые, магниевые, цинковые, свинцовые, оловянные
и никелевые сплавы.

При конструировании литых деталей необходимо учитывать, что механи-

ческие свойства металла могут быть неодинаковыми в различных по толщине
сечениях отливки и даже по сечению (в центре и на периферии), а так же в
верхних и нижних частях отливки. Это особенно характерно для чугуна, у ко-
торого механические свойства в значительной степени определяются скоро-
стью охлаждения отливки в форме, и поэтому детали с различной толщиной
стенок характеризуются различными механическими свойствами. Поэтому
нельзя применять одни и те же формулы для расчетов сечений отливок из раз-
личных металлов и сплавов.

Как известно, металл при затвердевании приобретает различное кристал-

лическое строение (различную форму, величину и расположение зерен), зави-
сящие от толщины сечения отливки, условий заливки и охлаждения. Кристал-
лическое строение определяет, в свою очередь, механические свойства литого

изделия. Механические и иные свойства литой детали в значительной степени
могут быть изменены термической обработкой.

1.1. Литейные свойства сплавов

Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших

по  размерам  отливок  без  дефектов  предопределяется  литейными  свойствами
сплавов.  Наиболее  важные  показатели  литейных  свойств  сплавов:  жидкотеку-
честь,  усадка  (линейная  и  объемная),  склонность  к  образованию  трещин,
склонность к поглощению газов и образованию газовых раковин и пористости в
отливках и др.

1.1.1 Жидкотекучесть литейных сплавов

Жидкотекучесть – это способность металлов и сплавов течь в расплавлен-

ном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко вос-
производить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала

кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры
заливки и формы, свойств литейной формы и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре

(эвтектические сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, обра-
зующие твердые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем вы-
ше  вязкость,  тем  меньше  жидкотекучесть.  С  увеличением  поверхностного  на-
тяжения жидкотекучесть понижается и тем больше, чем тоньше канал в литей-
ной  форме,  с  повышением  температуры  заливки  расплавленного  металла  и
температуры  формы  жидкотекучесть  улучшается.  Увеличение  теплопроводно-
сти    материала  формы  снижает  жидкотекучесть.  Так,  песчаная  форма  отводит
теплоту медленнее, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металли-
ческую форму, которая интенсивно охлаждает расплав. Жидкотекучесть литей-
ных  сплавов  определяют  с  помощью  различных  методов  и  технологических
проб (рис. 1.1).

Используемые методы можно разделить на три группы. В первой группе

фиксируют прекращение движения металла в сужающемся канале. Жидкотеку-
честь  характеризуется  линейными  размерами  заполненной  или  незаполненной
полости канала, например клиновой пробы (рис. 1.1, а). Прекращение движения
жидкого металла может наступить в результате кристаллизации и в жидком со-
стоянии под действием сил поверхностного натяжения. Во второй группе пре-
кращение  течения  металла  наступает  вследствие  кристаллизации  его  в  узком
сечении  короткого  канала.  Величина  жидкотекучести  может  быть  оценена  по
массе  металла,  вытекшего  от  начала  испытания  до  прекращения  течения.  В
пробах третьей группы фиксируют длину затвердевшей части металла в канале
постоянного сечения. Известно большее разнообразие проб последней группы,
которые широко используются в производстве и лабораторных исследованиях.
Спиральную пробу (рис. 1.1, б) широко применяют для определения жидкоте-
кучести чугуна и цветных металлов. Она состоит из чаши 1, фильтра 2, стояка

3, металлоприемника 4 и спирального канала 5 трапециевидного сечения с не-
большими выступами 6.

Жидкотекучесть определяют по пути, пройденному жидким металлом до

затвердевания, т. е. по длине прутка. Небольшие выступы 6, нанесенные через
50 мм, облегчают измерение длины спирали (прутка). Спиральный канал по-
зволяет получить длинные прутки в сравнительно небольших формах.

Рис. 1.1. Технологические пробы для определения жидкотекучести.

Пробу, приведенную на рис. 1.1, выполняют в металлической форме и ис-

пользуют главным образом для многократного определения жидкотекучести
стали на рабочей площадке сталеплавильной печи. Пробу в виде прутка (рис.
1.1, г) также часто используют для оценки жидкотекучести стали. На некоторой
части в конце пробы сечение затвердевшего металла оказывается суженным на
длине l.

Длину L - l, на которой не наблюдается сужения сечения, иногда называют

мерой формозаполняемости или формовоспроизводимости.

содержание .. 1 2 3 ..