1.1.1. Металлургические процессы в литейном производстве

С конца XX века реализация идей малоотходного производства определила тенденцию использования в заготовительных цехах машиностроительных предприятий специальных металлургических агрегатов – электродуговые печи, установки электрошлакового переплава, плазмотроны, электронно-лучевые установки и др., для переплава штамповых и инструментальных сталей с использованием изношенных штампов, пресс-форм, крупных режущих инструментов. Металлургическое производство становится привычным для машиностроительных заводов.

В литейном цехе существуют, как правило, способы выплавки стали с помощью электрического тока, что имеет ряд преимуществ. В электропечах можно нагревать, плавить и точно регулировать температуру металла, создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу или вакуум. В этих печах можно выплавлять стали и сплавы любого состава, более полно раскислять металл. Электропечи используют для переработки стального и чугунного металлолома в высококачественные легированные, инструментальные, специальные стали ответственного назначения и коррозионно-стойкие стали.

Для производства качественных сталей наиболее часто применяют дуговые электрические печи с вертикальными графитовыми или угольными электродами (рис. 1). Ток в этих печах, проходит по цепи электрод – дуга – шлак – металл – шлак – электрод и нагревает ванну.

Рис. 1. Поперечный разрез (а) и общий вид (б) дуговой сталеплавильной печи:

1 – съемный свод;2– электрод;3– стальной кожух;4– сливной желоб;

5– механизм наклона печи;6– рабочее окно.

Индукционные печи(рис. 2) состоят из индуктора 1, внутри которого находится тигель 2 с металлической шихтой. Индуктор имеет вид соленоида и выполняется из профилированной медной трубки, по которой циркулирует холодная вода. При прохождении через индуктор переменного тока промышленной или повышенной частоты, создается переменное магнитное поле, которое наводит в металле, находящемся в тигле, вихревые токи (токи Фуко), разогревающие и расплавляющие шихту.

Рис. 2. Индукторная тигельная плавильная печь:

1– индуктор;2– тигель; → – вихревые токи в электромагнитном поле.

1.1.2. Задание 1

1. Ознакомиться с оборудованием для выплавки черных и цветных сплавов заданного химического состава в цехе № 2.

2. Определить исходные материалы для получения сплавов и особенности получаемой продукции.

3. Заполнить Лист 1 отчета.

1.2. Основные методы литья

1.2.1. Литье в песчаные формы

Литьем в песчаные формы (ЛПФ) называют литье металла, осуществляемое заливкой разовой литейной формы (рис. 3), изготовляемой из песчаной формовочной смеси.

Верхнюю и нижнюю литейные полуформы изготовляют по заранее разработанным моделям отливки и литниковой системы с установкой стержня вручную или на формовочных машинах, на которых землю уплотняют прессованием или встряхиванием.

Материалом для изготовления форм служат формовочные смеси из песка и глины с различными добавками.

Рис. 3. Литейная песчаная форма

1– канал для отвода газов;2– выпор;3 и 7– верхняя и нижняя литейная опоки;

4, 11 – формовочная смесь;5 – рабочая полость литейной формы;6, 14 – штыри;

8 – литейный стержень;9– деревянное основание;10, 17– вентиляционные наколы;

12– питатель;13 – шлакоулавитель;15 – стояк;16 – чаша.

После полного затвердевания материала в отливке ее выбивают из литейной песчаной формы на выбивных установках (вибраторах др.). Выбивку формовочной смеси и стержней из отливок проводят вручную или на выбивных установках. После выбивки отливки из формы от отливки отделяют элементы литниковой системы, очищают отливку от пригоревшего и приставшего формовочного материала и осуществляют контроль качества литья.

Технология требует организации специального производства, главными характеристиками которого должны быть высокий уровень автоматизации и комфортные условия труда работающих (рис. 4).

Конструирование литой детали

(чертеж отливки)

Конструирование и изготовление литейной модели и стержневых ящиков

Приготовление формовочной смеси

Изготовление полуформ и литейных стержней

Приготовление стержневой смеси

Сборка литейной формы

Заливка литейной формы

Приготовление

сплава – плавка

Выбивка отливки из литейной формы

Опоки

О

Отрезка литников, прибылей и зачистка отливки

тработанная

формовочная смесь

Литники

Рис. 4. Схема технологического процесса литья в песчаные формы

Развитие литья в песчаные формы связано с применением перспективных материалов и технологий. Так, нашли применение жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС) на жидкостекольных связующих. После заполнения формы наливной формовочной массой ЖСС отверждаются при продувке углекислым газом (СО₂) или за счет реакций с заранее введенным отвердителем, например, феррохромистым шлаком. Широкое применение получают холоднотвердеющие смеси (ХТС), содержащие в качестве связующих синтетические смолы (карбамидные, фурановые, фенольные) кислотного, аминового или эфирного отверждения. Горячетвердеющие смеси (ГТС) с феноформальдегидными и другими связующими послужили основой литья в оболочковые формы, но применяются и для изготовления стержней. Повышение качества литых заготовок достигается также применением прогрессивных способов формовки – импульсного, пленочно-вакуумного, пескодувно-прессового и др.

Универсальность и экономичность способа литья в песчаные формы привели к тому, что большинство отливок, в первую очередь, из чугуна и стали, получают этим способом литья. Однако механические свойства отливок невысоки, точность их размеров обычно находится в диапазоне 14 – 17-го квалитетов, шероховатость поверхности Rz 320…20 мкм.