Производство отливок из сплавов цветных металлов

комплексы, состоящие из плавильной печи — миксера — литейной машины,

используют при литье слитков из алюминиевых, магниевых и медных сплавов

непрерывным методом. Принцип тепловой работы канальных индукционных печей

аналогичен принципу работы силового электрического трансформатора тока,

состоящего, как известно, из первичной катушки, магнитопровода и вторичной

катушки. Роль вторичной катушки в печи играет короткозамкнутый канал,

заполненный жидким металлом. При пропускании тока через индуктор печи

(первичная катушка) в заполненном жидким металлом канале индуцируется

электрический ток большой величины, который разогревает находящийся в нем

жидкий металл. Тепловая энергия, выделяемая в канале, нагревает и

расплавляет металл, находящийся над каналом в ванне печи.

Электродуговые печи по принципу передачи тепла от электрической дуги к

нагреваемому металлу подразделяются на печи прямого и косвенного нагрева.

В печах косвенного нагрева большая часть тепловой энергии от горячей

дуги передается к нагреваемому металлу излучением, а в печах прямого

действия — излучением и теплопроводностью. Печи косвенного действия

применяют в настоящее время ограниченно. Печи прямого действия

(электродуговые вакуумные с расходуемым электродом) используют для плавки

тугоплавких, химически активных металлов и сплавов, а также легированных

сталей, никелевых и других сплавов. По конструкции и принципу работы

электродуговые печи прямого действия делятся на две группы: печи для плавки

в гарнисажном тигле и печи для плавки в изложнице или кристаллизаторе.

Электронно-лучевые плавильные печи применяют для плавки тугоплавких и

химически активных металлов и сплавов на основе ниобия, титана, циркония,

молибдена, вольфрама, а также для ряда марок сталей и других сплавов. В

основе принципа электронно-лучевого нагрева лежит преобразование

кинетической энергии потока электронов в тепловую при их встрече с

поверхностью нагреваемой шихты. Выделение тепловой энергии происходит в

тонком поверхностном слое металла. Нагрев и плавление проводят в вакууме

при остаточном давлении 1,3- 10^-3 Па. Электронно-лучевую плавку используют

для получения слитков, и фасонных отливок. При электроннолучевой плавке

можно значительно перегревать жидкий металл и длительное время выдерживать

его в жидком состоянии. Это преимущество позволяет эффективно рафинировать

расплав и очищать его от ряда примесей. С помощью электронно-лучевой

Плавки из металла могут быть удалены все примеси, давление пара

которых существенно превышает давление пара основного металла. Высокая

температура и глубокий вакуум способствуют также очистке металла от

примесей за счет термической диссоциации оксидов нитридов и других

соединений, находящихся в металле. Печь электрошлакового переплава ЭШП

по принципу работы Представляет собой печь сопротивления косвенного

нагрева, в которой источником тепла является ванна расплавленного шлака

заданного химического состава. Переплавляемый металл в виде расходуемого

электрода погружают в слой (ванну) жидкого электропроводного шлака. Через

расходуемый электрод и шлак пропускают электрический ток. Шлак

разогревается, торец расходуемого электрода оплавляется и капли жидкого

металла, проходя через слой химически активного шлака, очищаются в

результате контакта с ним и формируются в изложнице в виде слитка. Шлак

защищает жидкий металл- от взаимодействия с атмосферой воздуха. Печи ЭШП в

основном применяют для получения слитков из высококачественных сталей,

жаропрочных, нержавеющих и других сплавов. Метод ЭШП используют также для

производства крупных фасонных отливок: коленчатых валов, корпусов, арматуры

и других изделий.

В плазменных плавильных печах источником тепловой энергии является

поток нагретого до высокой температуры ионизированного газа (плазменная

дуга), который при соприкосновении с металлом нагревает и расплавляет его.

Для получения потока плазмы плавильные печи оборудуют специальными

устройствами — плазмотронами. Плазменный способ нагрева и плавления сплавов

применяют в печах ванного типа, в плавильных установках для получения

слитков в кристаллизаторе и для плавки металлов в гарнисажном тигле.

Плазменные печи ванного типа в основном применяют для плавки сталей, а

также сплавов на основе никеля. Плазменные печи для плавки в

кристаллизаторе могут использоваться для получения слитков из сталей,

бериллия, молибдена, ниобия, титана и других металлов. Плазменные печи для

плавки в гарнисажном тигле предназначены для фасонного литья сталей,

тугоплавких и химически активных металлов.

ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ АЛЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Литье в песчаные формы

Из перечисленных выше способов литья в разовые формы наиболее широкое

применение при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов получило литье в

сырые песчаные формы. Это обусловлено невысокой плотностью сплавов,

небольшим силовым воздействием металла на форму и низкими температурами

литья (680—800С).

Для изготовления песчаных форм используют формовочные и стержневые

смеси, приготовленные из кварцевых и глинистых песков (ГОСТ 2138—74),

формовочных глин (ГОСТ 3226—76), связующих и вспомогательных материалов.

Выполнение полостей в отливках осуществляют с помощью стержней,

изготавливаемых в основном по горячим (220—300 °С) стержневым ящикам. Для

этой цели используют плакированный кварцевый песок или смесь песка с

термореактивной смолой и катализатором. Для изготовления стержней широко

используют однопозиционные пескострельные автоматы и установки, а также

карусельные многопозиционные установки. Стержни, подвергающиеся сушке,

изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или

вручную из смесей масляными (4ГУ, С) или водорастворимыми связующими.

Продолжительность сушки (от 3 до 12 ч) зависит от массы и размеров стержня

и определяется обычно опытным путем. Температуру сушки назначают в

зависимости от природы связующего: для масляных связующих 250—280 °С, а для

водорастворимых 160—200 °С. Для изготовления крупных массивных стержней все

большее применение получают смеси холодного твердения (ХТС) или

жидкодвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). Смеси холодного твердения в

качестве связующего содержат синтетические смолы, а катализатором холодного

твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС содержат

поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.

Соединение стержней в узлы производят склейкой или путем заливки

алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях. Усадка

сплава при охлаждении обеспечивает необходимую прочность соединения.

Плавное без ударов и завихрений заполнение литейных форм

обеспечивается применением расширяющихся литниковых систем с соотношением

площадей сечений основных элементов Fст : Fшп : Fпит 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6

соответственно для нижнего, щелевого или многоярусного подвода металла к

полости литейной формы. Скорость подъема металла в полости литейной формы

не должна превышать 4,5/6, где 6 — преобладающая толщина стенок отливки,

см. Минимальную скорость подъема металла в форме (см/с) определяют по

формуле А. А. Лебедева Vmin = 3/§.

Тип литниковой системы выбирают с учетом габаритов отливки, сложности

ее конфигурации и расположения в форме. Заливку форм для отливок сложной

конфигурации небольшой высоты осуществляют, как правило, с помощью нижних

литниковых систем. При большой высоте отливок и тонких стенках

предпочтительно применение вертикально-щелевых или комбинированных

литниковых систем. Формы для отливок малых размеров допустимо заливать

через верхние литниковые системы. При этом высота падения струп металла в

полость формы не должна превышать 80 мм.

Для уменьшения скорости движения расплава при входе в полость литейной

формы и лучшего отделения взвешенных в нем оксидных плен и шлаковых

включений в литниковые системы вводят дополнительные гидравлические

сопротивления — устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или

ведут заливку через зернистые фильтры.

Литники (питатели), как правило, подводят к тонким сечениям (стенкам)

отливок рассредоточенно по периметру с учетом удобств:» их последующего

отделения при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так

как вызывает образование в них усадочных раковин, макрорыхлот и усадочных

«провалов» на поверхности отливок. В сечении литниковые каналы чаще всего

имеют прямоугольную форму с размером широкой стороны 15—20 мм, а узкой 5—7

мм.

Сплавы с узким интервалом кристаллизации (АЛ2, АЛ4, АЛ), АЛ34, АК9,

АЛ25, АЛЗО) предрасположены к образованию концентрированных усадочных

раковин в тепловых узлах отливок. Для выведения этих раковин за пределы

отливок широко используют установку массивных прибылей. Для тонкостенных

(4—5 мм) и мелких отливок масса прибыли в 2—3 раза превышает массу отливок,

для толстостенных—до 1,5 раз. Высоту прибыли выбирают в зависимости от

высоты отливки. При высоте менее 150 мм высоту прибыли Нприб принимают

равной высоте отливки Нотл. Для более высоких отливок отношение Нприб/Нотл

принимают равным 0,3 0,5. Соотношение между высотой прибыли и ее толщиной

составляет в среднем 2—3. Наибольшее применение при литье алюминиевых

сплавов находят верхние открытые прибыли круглого или овального сечения;

боковые прибыли в большинстве случаев делают закрытыми. Для повышения

эффективности работы прибылей их утепляют, заполняют горячим металлом,

доливают. Утепление обычно осуществляют наклейкой на поверхность формы

листового асбеста с последующей подсушкой газовым пламенем. Сплавы с

широким интервалом кристаллизации (АЛ1, АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛЗЗ) склонны к

образованию рассеянной усадочной пористости. Пропитка усадочных пор при

помощи прибылей малоэффективна. Поэтому при изготовлении отливок из

перечисленных сплавов не рекомендуется применять установку массивных

прибылей. Для получения высококачественных отливок осуществляют

направленную кристаллизацию, широко используя для этой цели установку

холодильников из чугуна и алюминиевых сплавов. Оптимальные условия для

направленной кристаллизации создает вертикально-щелевая литниковая система.

Для предотвращения газовыделения при кристаллизации и предупреждения

образования газо-усадочной пористости в толстостенных отливках широко

используют кристаллизацию под давлением 0,4—0,5 МПа. Для этого литейные

формы перед заливкой помещают в автоклавы, заливают их металлом и

кристаллизуют отливки под давлением воздуха. Для изготовления

крупногабаритных (высотой до 2—3 м) тонкостенных отливок используют метод

литья с последовательно направленным затвердеванием. Сущность метода

состоит в последовательной кристаллизации отливки снизу вверх. Для этого

литейную форму устанавливают на стол гидравлического подъемника и внутрь ее

опускают нагретые до 500—700 °С металлические трубки диаметром 12—20 мм,

выполняющие функцию стояков. Трубки неподвижно закрепляют в литниковой чаше

и закрывают отверстия в них стопорами. После заполнения литниковой чаши

расплавом стопоры поднимают и сплав по трубкам поступает в литниковые

колодцы, соединенные с полостью литейной формы щелевыми литниками

(питателями). После того как уровень расплава в колодцах поднимается на

20—30 мм выше нижнего конца трубок, включают механизм опускания

гидравлического стола. Скорость опускания принимают такой, чтобы заполнение

формы осуществлялось под затопленный уровень и горячий металл непрерывно

поступал в верхние части формы. Это обеспечивает направленное затвердевание

и позволяет получать сложные отливки без усадочных дефектов.

Заливку песчаных форм металлом ведут из ковшей, футерованных

огнеупорным материалом. Перед заполнением металлом ковши со свежей

футеровкой сушат и прокаливают при 780—800 °С для удаления влаги.

Температуру расплава перед заливкой поддерживаю на уровне 720—780 °С. Формы

для тонкостенных отливок заполняют расплавами, нагретыми до 730—750 °С, а

для толстостенных до 700—720 °С.

Литье в гипсовые формы

Литье в гипсовые формы применяют в тех случаях, когда к отливкам

предъявляются повышенные требования по точности, чистоте поверхности и

воспроизведению мельчайших деталей рельефа. сравнению с песчаными гипсовые

формы обладают более высокой прочностью, точностью размеров, лучше

противостоят воздействию высоких температур, позволяют получать отливки

сложной конфигурации с толщиной стенок 1,5 мм по 5—6-му классу точности.

Формы изготавливают по восковым или металлическим (латунь, сталь)

хромированным моделям с конусностью по наружным размерам не более 30' и по

внутренним размерам от 30' до 3°. Модельные плиты выполняют из алюминиевых

сплавов. Для облегчения удаления моделей из форм поверхность их покрывают

тонким слоем керосиново-стеариновой смазки.

Мелкие и средние формы для сложных тонкостенных отливок изготавливают

из смеси, состоящей из 80' % гипса, 20 % кварцевого песка или асбеста и

60—70 % воды (от массы сухой смеси). Состав смеси для средних и крупных

форм: 30 % гипса, 60 % песка, 10% асбеста, 40—50 % воды. Смесь для

изготовления стержней содержит 50 % гипса, 40 % песка, 10 % асбеста, 40—50

% воды. замедления схватывания в смесь вводят 1—2 % гашеной извести.

Необходимая прочность форм достигается за счет гидратации безводного или

полуводного гипса. Для снижения прочности и увеличения газопроницаемости

сырые гипсовые формы подвергают гидротермической обработке — выдерживают в

автоклаве в течение 6—10 ч под давлением водяного пара 0,13—0,14 МПа, а

затем в течение суток на воздухе. После этого формы подвергают ступенчатой

сушке при 350-500 °С.

Особенностью гипсовых форм является их низкая теплопроводность. Это

обстоятельство затрудняет получение плотных отливок из алюминиевых сплавов

с широким интервалом кристаллизации. Поэтому основной задачей при

разработке литниково-прибыльной системы для гипсовых форм является

предотвращение образования усадочных раковин, рыхлот, оксидных плен,

горячих трещин и недоливов тонких стенок. Это достигается применением

расширяющихся литниковых систем (Fст : Fшл : EFпит == 1 : 2 : 4),

обеспечивающих низкую скорость движения расплавов в полости формы,

направленным затвердеванием тепловых узлов в сторону прибылей с помощью

холодильников, увеличением податливости форм за счет повышения содержания

кварцевого песка в смеси. Заливку тонкостенных отливок ведут в нагретые до

100—-200 °С формы методом вакуумного всасывания, что позволяет заполнять

полости толщиной до 0,2 мм. Толстостенные (более 10 мм) отливки получают

заливкой форм в автоклавах. Кристаллизация металла в этом случае ведется

под давлением 0,4—0,5 МПа.

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы целесообразно применять при серийном и

крупносерийном производстве отливок ограниченных размеров с повышенной

чистотой поверхности, большей размерной точностью и меньшим объемом

механической обработки, чем при литье в песчаные формы.

Оболочковые формы изготавливают по горячей (250—300 °С) металлической

(сталь, чугун) оснастке бункерным способом. Модельную оснастку выполняют по

4—5-му классам точности с формовочными уклонами от 0,5 до 1,5 %. Оболочки

делают двухслойными: первый слой из смеси с 6—10 % термореактивной смолы,

второй из смеси с 2 % смолы. Для лучшего съема оболочки модельную плиту

перед засыпкой формовочной смеси покрывают тонким слоем разделительной

эмульсии (5 % силиконовой жидкости № 5; 3 % хозяйственного мыла; 92 %

воды).

Для изготовления оболочковых форм применяют мелкозернистые кварцевые

пески, содержащие не менее 96 % кремнезема. Соединение полуформ

осуществляют склеиванием на специальных штыревых прессах. Состав клея: 40 %

смолы МФ17; 60 % маршалита и 1,5 % хлористого алюминия (катализатор

твердения). Заливку со бранных форм производят в контейнерах. При литье в

оболочковые формы применяют такие же литниковые системы и температурные

режимы, как и при литье в песчаные формы.

Малая скорость кристаллизации металла в оболочковых формах и меньшие

возможности для создания направленной кристаллизации обусловливают

получение отливок с более низкими свойствами, чем при литье в сырые

песчаные формы.

Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок

повышенных/точности (3—5-ый класс) и чистоты поверхности (4—6-й класс

шероховатости), для которых этот способ является единственно возможным или

оптимальным.

Модели в большинстве случаев изготавливают из пастообразных парафино-

стеариновых (1 : 1) составов запрессовкой в металлические пресс-формы

(литые и сборные) на стационарных или карусельных установках. При

изготовлении сложных отливок размерами более 200 мм во избежание деформации

моделей в состав модельной массы вводят вещества, повышающие температуру их

размягчения (оплавления).

В качестве огнеупорного покрытия при изготовлении керамических форм

используют суспензию из гидролизованного этилсиликата (30—-40 %) и

Страницы: 1, 2, 3, 4