книги из ГПНТБ / Технология металлов и конструкционные материалы учебное пособие

осыпавшейся смеси, гладилки для выглаживания фор­ мы, душники для изготовления в форме каналов выхо­ да газов, подъемники для извлечения модели и другие инструменты и приспособления.

Рис. 50. Формовка втулки в двух опоках по разъемной модели:

Жидкий металл поступает в форму по специальным каналам — литниковой системе. Литниковая система со­ стоит из чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, питате­ лей 4 (рис. 52). Литниковая система обеспечивает не­ прерывную подачу жидкого металла в форму, питает отливку в момент ее затвердевания и усадки, задержи­ вает проникновение шлака в форму, предупреждает раз­ рушение формы от действия струи металла.

Машинная формовка резко увеличивает производи­ тельность труда, снижает себестоимость и улучшает ка­ чество литья. Формовочные машины классифицируются по трем признакам: по способу удаления модели из формы — со штифтовым подъемом, с поворотной плитой, с перекидным столом, с протяжной плитой; по методу уплотнения смеси — прессовые, встряхивающие, песко­ меты; по характеру применяемой энергии для приведе-

151

Рис. 52. Литниковая систе­ ма

◄

Рис. 51. Инструмент для формов­ ки:

к — подъемник; л — сито; л —кисть; « — пневматическая трамбовка

л

литья должны обладать высокой прочностью, газопрони­

я Ь -----

Рис. 54. Удаление моделей при машинной формовке:

153

мы изготовляют с учетом литейных свойств стали. Чтобы увеличить прочностьформдлястальноголитья, их сушат.

Чтобы предупредить образование в отливке усадоч­ ных раковин, устанавливают прибыли и холодильники. ■Прибыли располагают на отливке так, чтобы они питали жидким металлом медленно затвердевающие части от­ ливки. Холодильники, которые представляют собой ме­ таллические вкладыши, заформованные в стенки формы, применяют для регулирования скорости охлаждения толстых и тонких частей отливки. Для увеличения противопригарности поверхность сухих форм покрывают краской или применяют для их производства высокоог­ неупорные материалы — чистый кварцевый песок, огне­ упорную глину, хромистый железняк и др.

Формовочные и стержневые смеси для цветного литья

должны обладать хорошей податливостью и газопрони­ цаемостью. Литниковая система должна обеспечивать быстрое и плавное заполнение формы. Для улучшения питания отливки устанавливают прибыли и выпоры.

Всовременном формовочном отделении литейного цеха осуществляется комплексная механизация и авто­ матизация производственных процессов. Машины и ав­ томаты значительно увеличивают производительность труда, снижают трудоемкость процесса.

Внастоящее время при изготовлении форм получил-и распространение само- и химически твердеющие формо­ вочные смеси. В таких смесях в качестве крепителя ис­ пользуется жидкое стекло. Если через форму пропустить газ ССЬ, то формовочная смесь через 2—4 мин упрочня­ ется. Отливка в этой форме получается с меньшими ли­ тейными дефектами.

Г л а в а XIII

ПОЛУЧЕНИЕ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

§ 56. Литейные металлы и сплавы

Главнейшими литейными свойствами металлов и спла­ вов, от которых зависит получение отливки хорошего качества, являются; жидкотекучесть, усадка, ликвация, способность металлов поглощать и выделять газы.

Жидкотекучестыо называется способность металла в расплавленном состоянии заполнять литейнуюформу.

154

Особое значение жидкотекучесть приобретает при изго­ товлении тонкостенного литья. С повышением содержа­ ния углерода, кремния, марганца, никеля, фосфора в сплавах железо — углерод жидкотекучесть увеличивает­ ся, а с увеличением хрома, серы понижается.

Усадкой называется свойство металлов и сплаиов уменьшать свои линейные и объемные размеры при за­ твердевании и охлаждении. Усадка металла зависит от химического состава сплава. Усадка часто вызывает в отливке раковины, коробление, трещины.

Для уменьшения последствий усадки необходимо на отливках предусматривать прибыли, обеспечить равно­ мерное охлаждение отливки и применить формовочные и стержневые смеси с максимально допустимой податли­ востью.

Ликвацией называется неоднородность химического состава между отдельными участками отливки и в зер­ нах. Она в большой степени зависит от природы сплава, скорости охлаждения и применяемой технологии изго­ товления отливки.

Способность металлов и сплавов при нагреве в жид­ ком состоянии поглощать, а при охлаждении выделять газы влияет на качество отливки. С повышением темпе­ ратуры сплава увеличивается газосодержание при за­ твердевании это приводит к появлению газовых раковин в отливке. Применение формовочных и Фгержневых сме­ сей с повышенной газопроницаемостью снижает обра­ зование газовых раковин.

В автотракторном и сельскохозяйственном машино: строении широкое применение находят чугун, сталь и сплавы цветных металлов (бронза, латунь, силумин, дуралюминдр.).

Чурун — наиболее распространенный сплав. Из него отливают блоки цилиндров тракторов и автомобилей, корпуса коробок передач, подшипники скольжения и т. д.

Много деталей тракторов и сельскохозяйственных машин, которые подвергаются в работе ударным нагруз­ кам, изготовляют из ковкого чугуна '(шестеренки, рыча­ ги, упоры, звездочки цепных передач, корпуса подшип­ ников комбайнов и т. д.).

Стальное литье используется для деталей, к которым предъявляют повышенные требования в отношении проч­ ности, пластичности и ударной вязкости. Сталь обладает меньшей жидкотекучестью, чем чугун, и требует высокой

155

температуры при заливке форм. Вследствие большой усадки сталей формы и стержни должны быть податли­ выми, кроме того, для питания массивных сечений необ­ ходимо предусматривать прибыль. Для измельчения зер­ на и снятия внутренних напряжений стальные отливки подвергают отжигу или нормализации.

Сплавы цветных металлов применяют для отливок,

которые обладают прочностью, износостойкостью, высо­ кой коррозионной стойкостью и малой плотностью.

В настоящее время с целью экономии расходования цветных металлов их заменяют пластическими массами, прессованной древесиной и другими материалами.

§ 57. Способы плавления металлов и сплавов

Чугун плавят в вагранках, пламенных и электропечах. Вагранка является наиболее распространенным агрега­ том для плавления чугуна. К основным особенностям вагранки относятся непрерывность процесса плавки, не­ большой расход топлива и высокий к. п. д. (40—45%). Стоимость плавки в вагранках ниже, чем в пламенных

и электрических печах. Вагранки строят производительностью от 1 до 30 т/ч.

Вагранка — шахтная печь (рис. 55) цилиндрической формы. Опорой для нее служат четыре колонны 1.

Кожух 8 вагранки изготовляют из листовой стали толщиной 8—10 мм, изнутри он футерован огнеупорным шамотным кирпичом 7. Твердую шихту загружают с рабочей пло­ щадки через колошниковое окно 10. Футеровку колошника предохра­ няют чугунные плиты 9. Днище 2 вагранки откидное. Воздух для ду­ тья подается от вентилятора через

йфурменное кольцо 6 в фурмы 5. Дно вагранки называется лещадью 3. Часть вагранки от лещади до фурм называется горном. Горн имеет в нижней части летку 11 для выпуска жидкого чугуна по желобу 12 в

Рис. 55. Вагранка ковш. Шлак удаляют через летку 4.

156

Вагранки могут иметь копильник, который предназ­ начен для накапливания достаточного количества жид­ кого металла с целью получения крупных отливок из небольших вагранок.

Вагранка без копильника применяется в цехах с конвейерной заливкой с частым отбором металла или же в цехах, изготовляющих небольшие отливки. В та­ ких вагранках чугун скапливается в горне.

■За 1,5—2 ч до начала плавки необходимо вагранку разжигать дровами. Когда дрова разгорятся, загружают кокс холостой колоши, которая служит для разогрева вагранки и поддержания загружаемой сверху шихты.

Когда кокс холостой колоши разгорится, пускают дутье. После продувки холостой колоши приступают к загрузке вагранки. На холостую колошу загружают не­ большое количество флюса, затем чередуют порции ме­ таллической шихты, кокса и флюса. На протяжении всей плавки шахта вагранки должна быть заполнена до уров­ ня загрузочного окна.

Если высота холостой колоши выбрана правильно, то спустя 7—в мшн после пуска дутья можно наблюдать через глазки фурм обильное количество жидких капель чугуна. Выпускная летка в начале процесса плавки ос­ тается открытой, вследствие чего часть пламени устрем­ ляется вниз и способствует лучшему прогреванию горна. В начале плавления чугун стекает каплями вниз и, скап­ ливаясь на лещади, вытекает через выпускноеотверстие — летку. Летку замазывают лишь тогда, когда температу­ ра вытекающего чугуна будет достаточно высокой (яр­ ко-белый цвет). После закупорки летки начинается на­ копление жидкого чугуна в горне. Количество накапли­ ваемого чугуна определяется размером горна и потреб­ ностью чугуна для заливки. Перед окончанием плавки прекращают загрузку вагранки и дают возможность расплавиться всему чугуну.

'В состав металлической шихты обычно входят чуш­ ковые чугуны, чугунный и стальной лом и стружка. Для регулирования химического состава, а также для раски­ сления и модифицирования чугуна применяют различные ферроаплавы.

время стали использовать жидкое и газообразное топли­ во совместно с твердым.

157

Для понижения температуры плавления и повышения жидкотекучести шлаков в вагранку вводят такие флю­ сы, как известняк и основной мартеновский 'шлак.

Чтобы выплавить чугун заданного химического соста­ ва, нужно рассчитать шихту, т. е. подобрать шихтовые материалы и определить их количественное соотношение.

Для увеличения производительности вагранки и 'по­ вышения температуры выпускаемого чугуна увеличива­ ют мощность дутья, применяют трехрядную систему фурм, кислородное дутье, 'подогрев дутья, частично ис­ пользуют газообразное топливо.

'Сталь плавят главным образом в электрических пе­ чах, в мартеновских печах или в конверторах. Цветные сплавы плавят в отражательных пламенных, тигельных и электрических печах. Пламенные печи явля’ются рас­ пространенными и удобными в условиях единичного производства. Металл в тигле не соприкасается с то­ почными газами и поэтому отливка получается высокого качества.

Электрические печи применяются следующих типов: дуговые, печи сопротивления и индукционные. В элек­ трических печах можно нагревать металл до высоких температур, регулировать газовый состав атмосферы или создавать вакуум, точно выполнять заданный химичес­ кий состав.

§ 58. Заливка форм

Металл из печи выпускают в ковши, а затем разливают по формам. Формы надо заливать непрерывной струей, в противном случае в отливке образуются спаи. Форму за­ ливают до тех пор, пока металл иезаполнит выпоры и прибыли.

Для предупреждения попадания шлака в форму де­ лают надлежащее устройство литниковой системы и применяют ковш со шлакоулавливающим приспособле­ нием. Перед заливкой следует с поверхности чугуна уда­ лить основную часть шлака.

■После полного затвердевания н достаточного охлаж­ дения отливки выбирают из форм, а затем из них вы­

158

бивают стержни. В небольших литейных цехах отливки выбивают вручную или с помощью пневматических виб­ раторов. Стержни удаляют вибрационными машинами или струями воды в гидравлических камерах. В совре­ менных литейных цехах процесс вьибивки форм полно­ стью механизирован.

Затем отливки необходимо освободить от литников, вы­ поров и прибылей. В мелких отливках их легко удалить молотком или кувалдой, в крупных — механической об­ работкой или газовой резкой. Для удаления с поверхно­ сти отливки пригоревшей формовочной смеси и неровно­ стей применяют ручную или механическую очистку от­ ливок. При ручной очистке отливку очищают стальной щеткой и зубилом удаляют неровности. Механическая очистка производится во вращающихся барабанах или в пескоструйных и дробеструйных установках.

Г л а в а XIV

СПЕЦИАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЛИТЬЯ

Для повышения производительности труда, получения литья высокой точности и чистоты поверхности и сниже­ ния его себестоимости в СССР получили развитие про­ грессивные методы изготовления отливок: литье по вы­ плавляемым моделям, литье в оболочковые формы, литье в металлические формы, литье под давлением, центро­ бежное литье и др.

§ 59. Изготовление отливок в разовых формах

Литье по выплавляемым моделям. Данный метод на­ ходит широкое применение в практике литейного про­ изводства. Отливки имеют высокую точность (в преде­ лах 3-го класса), и чистоту поверхности (в пределах 6-го класса), что дает возможность использовать их без по­ следующей механической обработки. Данным способом изготовляют отливки сложной конфигурации.

Технологический процесс литья по выплавляемым моделям состоит из следующих основных операций:

1) изготовление металлической .прессформы;

159

2)изготовление в пресс-форме выплавляемых моде­ лей и литниковой 'системы;

3)изготовление (сборка) блока выплавляемых моде­

лей;

4)нанесение на блок моделей огнеупорной оболочки

иее сушка;

5)выплавление моделей;

6)формовка оболочек в опоках (засыпка песком или металлической дробью), прокаливайте:

7)заливка, охлаждение, выбивка, обрубка, очистка и контроль литья.

Для изготовления выплавляемых моделей применяют составы, содержащие стеарин, воск, церезин, канифоль, полистирол и др. В качестве крепителей -при изготовле­ нии оболочек применяют -гидролизованный этил-силикат или жидкое стекло. Оболочки состоят из 4—б слоев, каждый из которых сушат при 32—34°С в течение 5—6 ч.

Выплавку модельного состава из оболочек произво­ дят в специальных шкафах при 160—200°С. Прокалива­

производят в нагревательных печах при 900—980°С. За­ ливку металла осуществляют в -подогретую форму.

56,а) нагревают до 220—260° и покрывают разделитель­

чинки, образуя на модели песчано-смолянистую оболоч­ ку толщиной 5—20 мм. Нерасплавившуюся часть формовочной смеси удаляют (рис. .56,0), а модельную плиту с образовавшейся оболочкой загружают в печь и при 300—400°С выдерживают 1—3 мин (рис. 56,а). При этом смола лолнмеризуется, переходя в твердое необра­ тимое состояние. Твердая оболочка снимается с модель­ ной -плиты с -помощью штифтов (рис. 56,6). Подобным образом изготовляют и нижнюю полуформу. Две полу-

160