Одержання литих заготовок

Ливарне виробництво є одним із широко розповсюджених у машинобудуванні способів одержання заготовок. Методом лиття можна виготовити вироби досить складної конфігурації, що за допомогою інших способів одержати важко або неможливо. У сучасному машинобудуванні близько 60% заготовок для деталей машин виробляють методом лиття. У процесі лиття інструментом, що створює конфігурацію одержуваної заготовки, є форма, у яку заливають рідкий метал для затвердіння. Розмір форм відповідає необхідним розмірам заготовки. Часто виготовляють земляні форми.

На рис. 4.1 представлена схема одержання виливка втулки 1 у разові піщано-глиняні форми. Для виготовлення форми необхідна дерев'яна модель 2, виконувана рознімної по площині, що проходить через вісь симетрії. Стержень 3 для одержання у заготовці отвори також виготовляється із формувальної суміші у формі 4. Основну ливарну форму 5 збирають із двох половинок - верхньої В и нижньої Н, виготовлених у двох металевих опоках - пристосуваннях для утримання формувальної суміші. У зібраній формі одержують порожнину, що відповідає конфігурації заготовки, яка відливається. Рідкий метал, одержуваний у плавильних печах, заливають у порожнину форми через канали ливникової системи 6. Після затвердіння металу у формі і подальшого вибивання маємо виливок 7 з ливниковою системою. Спосіб лиття в піщані форми має недоліки: форму використовують тільки один раз, виливки, що одержують мають низьку точність та великі припуски на обробку. Припуск - шар металу, що видаляється із заготовки під час обробки різанням (зніманням стружки). Для усунення зазначених недоліків розроблені прогресивні способи лиття: у металеві форми, відцентрового, під тиском, в оболонкові форми й ін.

Лиття в металеві форми (кокілі) (рис. 4.2) набуло широкого застосування, тому оскільки при цьому досягається підвищена точність розмірів, знижується шорсткість поверхні, поліпшується якість металу, усувається необхідність приготування формувальної суміші, з'являється можливість багаторазового застосування форм. Так, під час виробництва алюмінієвих виливків масою до 1 кг сталеві кокілі витримують до 50 тис. заливань, чавунні кокілі для виливків з чавуна - до 5 тис. заливань.

Відцентровий спосіб лиття полягає в заливанні металу у форму, що обертається навколо горизонтальної або вертикальної осі. У результаті

Рисунок 4.1 – Схема процесу отримання виливку у разових формах

Рисунок 4.2 – Металева форма для отримання поршня: 1 – виливок; 2 – напівформа нерухома; 3 – напівформа рухома; 4 – піддон; 5 – ливникова система

впливу на метал відцентрових сил останній відтискається до периферійної частини форми, і при цьому утвориться пустотілий виливок.

Під час лиття під тиском металеву форму заповнюють рідким металом під тиском поршня або стиснутого повітря. Звичайно заготовки, відлиті під тиском, практично не потребують подальшої механічної обробки і мають підвищену міцність.

Лиття в оболонкові форми полягає в тім, що підігріту до 200 - 250° С модель засипають формувальною сумішшю, що складається з 92 - 95% дрібного кварцового піску і 5 - 8% бакелітового порошку. Навколо моделі швидко утворюється оболонка (товщиною 6 - 8 мм) розплавленої піщано-бакелітової маси. Оболонку разом з моделлю витримують 1 хв у печі при 300 - 350° С, у результаті чого вона здобуває необхідну міцність. Утворюється напівформа, що з'єднують струбцинами або скобами з аналогічною напівформою. Для заливання металу форми збирають вертикально або горизонтально по декілька десятків штук. Заготовки, відлиті в такі форми, відрізняються високою точністю і малою шорсткістю поверхні. Сталь, чавун і кольорові сплави плавлять у різного роду плавильних агрегатах (печах).

Чавунне лиття. Основним плавильним агрегатом для плавки чавуна є шахтна піч - вагранка. Шахта 1 (рис. 4.3) складається зі сталевого кожуха, футерованного усередині вогнетривкою цеглою. Шахту встановлюють на опорних колонах 2, що несуть подову плиту 3, що є днищем вагранки. На днище набивають під або лещадь з формувальної суміші. На деякій висоті над подом у шахті улаштовані отвори 4 - фурми, через які подається повітря для підтримання горіння палива. Нижня частина печі від лещаді до фурм називається горном і слугує приймачем для розплавленого металу і шлаку. У горні передбачене вікно 5, що дає можливість набивати лещадь і розпалювати вагранку. На час плавки вікно закладають цеглою і закривають кришкою 6. Отвір 7 слугує для випуску чавуна, отвір 8 - для шлаку. Завантаження металевої шихти і палива (коксу) здійснюють через колошникове вікно 9. Вагранка закінчується трубою, оснащеною іскрогасником 10. Плавлення чавуна можна проводити й в електричних індукційних печах.

Сталеве лиття. У сталеливарному виробництві як плавильні агрегати використовують електричні дугові й індукційні печі підвищеної частоти. Під час плавки в дугових електропечах джерелом теплоти є електрична дуга, що виникає між металевою шихтою і графітовими електродами 1 (рис. 4.4), до яких підводиться електричний струм. Застосування таких печей забезпечує високу температуру розплаву, зниження вмісту хімічних елементів, сірки і фосфору у складі одержуваної сталі, що є небажаним.

Плавлення стали (як і чавуна) в індукційних високочастотних печах (рис. 4.5) забезпечує нагрівання металу до високих температур (до 1600 ⁰С), регулювання складу газової атмосфери, створення вакууму для одержання металу високої якості. Шихту 1 розміщають у тиглі 2, виконаному з вогнетривкого матеріалу. Нагрівання відбувається при пропусканні струму високої частоти (ВЧ) через мідний охолоджуваний водою індуктор 3. При

Рисунок 4.3 – Схема вагранки

Рисунок 4.4 – Схема електричної дугової печі трифазного струму: 1 – електроди; 2 – корпус; 3 – футеровка; 4 – розплавлений метал

Рисунок 4.5 – Схема індукційної електричної плавильної печі: 1 – розплавлений метал; 2 – тигель; 3 – індуктор; 4 – теплоізоляція; 5 – кожух печі

Вода

а) б) в) г) Рисунок 4.6 – Способи отримання заготовок обробкою тиском: а – пресування; б – вільне кування; в – гаряче об’емне штампування; г – холодне листове штампування

проходженні струму ВЧ у індукторі наводяться вихрові струми, виділяється велика кількість теплової енергії, що розплавляє шихту і нагріває розплав до необхідної температури. Для плавлення кольорових сплавів використовують індукційні печі промислової частоти.

Лиття як метод одержання заготовок має ряд переваг у порівнянні з іншими способами формоутворення. Але проте має і недоліки: отримання крупнокристаличної структури металу, хімічна неоднорідність складу, недостатня щільність.