Литье в разовые песчано-глинистые формы

МПС РФ
Сибирский государственный университет
путей сообщения
Кафедра “Технология транспортного машиностроения и эксплуатация машин”
ЛИТЬЕ В РАЗОВЫЕ ПЕСЧАНО–ГЛИНИСТЫЕ ФОРМЫ
Реферат по дисциплине
«Технология конструкционных материалов»
Пояснительная записка
ТКМ.000000.00.00.00 ПЗ
Руководитель:
Разработал:
профессор
ст. группы
                                      ______________     
                                       ____________
    (Подп.)
 (Подп.)
  
 
   (Дата)
 (Дата)
2005
Содержание         Введение
1. Литье в разовые песчано-глинистые формы………………………………………
2. Технологический процесс литья в разовые песчано-глинистые формы………...
    2.1.Формовочные и стержневые смеси и их свойства………………………........
    2.2. Изготовление и заливкалитейных форм……………………………………...
    2.3. Охлаждение, выбивка иочистка отливок……………………………………..3.Контроль отливок……………………………………………………………………
    3.1.Дефекты отливок и причины их возникновения……………………………..
    3.2. Методы дефектоскопии отливок………………………………………………    3.3. Методы исправления дефектов в отливках…………………………………...
Список литературы……………………………………………………………...
hgkhfk
Введение
Литье в разовыепесчано-глинистые формы – один из способов изготовления заготовок деталей влитейном производстве.
Литейное производство – отрасльмашиностроения, за­нимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталейпутем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость ко­торойимеет конфигурацию заготовки (детали) [1].
При охлаждении залитый металлзатвердевает и в твердом состоянии сохраняет кон­фигурацию той полости, вкоторую он был залит. Конечную продук­цию называют отливкой. В процессекристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируютсямеханические и эксплуатационные свойства отливок.
Литьем получают разнообразныеконструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от несколькихсантиметров до 20 м,со стенками толщиной 0,5–500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы,корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станиныпрокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).
Дляизготовления отливок применяют, кроме указанного выше, множество других способовлитья:
впесчаные формы, в оболочковые формы, по выплавля­емым моделям, в кокиль, под давлением,центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяетсяобъемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатостиповерхности отливок, экономической целесообраз­ностью и другими факторами [1].
1. Литье в разовые песчано-глинистые формы
Литье в разовые песчано-глинистые формы являетсянаиболее распространенным и отно­сительно простым способом получения отливок.Разовые песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно впочве (в полу литейного цеха) по шаблонам, ли­бо в специальных ящиках-опоках помоделям.
Внешнее очертание отливок соответствует углублениямформы, отверстия получают за счет стержней, вставляемых в полость формы.
Технологический процесс производства отливок вопочных формах  состоит из трех стадий:подготовительной, основной и заключительной (рисунок 1).
Модельная оснастка, изготовленная в модельныхцехах, представляет собой приспособле­ния, с помощью которых изготовляют формыи стержни. Kоснастке относятся модели дета­лей, подмодельные щитки, стержневые ящики, модели элементов литниковой системы и опо­ки.
Модели (рисунок1.2, а) служат для полученияполости в земляной форме, которая по размерам и внешним очертаниямсоответствует будущей отливке. Так как металл после затвердевания усаживается(уменьшается в объеме), размеры модели делают несколько большими.
Изготовляют модели из дерева, пластмассы илиметалла. Выбор материала зависит от ус­ловий производства и требований, которыепредъявляют к отливке в отношении точности размеров и чистоты поверхности. Длятого чтобы модели легко извлекались из формы, их де­лают с формовочнымиуклонами и часто разъемными, из двух и более частей, легко скреп­ляемых припомощи шипов.
Для получения отливок с отверстиями илиуглублениями на моделях в соответствующих местах предусматривают выступы – стержневыезнаки, которые оставляют в форме отпечат­ки для установки стержней. Место,занимаемое в форме стержнем, не заполняется металлом и в отливке после удалениястержня образуется отверстие или углубление. Стержни изготов­ляют из особойстержневой смеси, набивая ее вручную или машинным способом в стержне­вые ящики(рисунок 1.2, б). При этом учитывают изменение размеров отливки призатвердевании металла. Размеры стержней должны быть меньше отверстий навеличину усадки металла.
Стержневые ящики делают цельными и разъемными. Вмассовом производстве, осо­бенно при повышенных требованиях к точности литья,применяют металлические ящики (чу­гунные или из алюминиевых сплавов).
Модели литниковойсистемы предназначены для образования в форме каналов и полос­тей, служащих дляподачи металла, задержки шлака и выхода воздуха из полости формы (рисунок 1.2,в). Устройство литниковой системы обеспечиваетспокойное, безударное поступление металла в форму, предохраняя ее от повреждения.
Подмодельныещитки-плиты служат дляразмещения на них моделей и установки опоки при изготовлении литейной формывручную.

а — модель детали; б — стержневой ящик; в — модель литниковойсистемы;
г — подмодельная плита; д — опока.
Рисунок 1 – Модельная оснастка
Bмассовом производствепри машинной формовке эффективно применение тщательно обработанных деревянныхили металлических модельных плит с прочно укрепленными на них или выполненнымиза одно целое, моделями деталей и элементами литниковойсистемы (рис.1.2, г).
Опоки – деревянные или металлические рамки,каркасы, основное назначение которых состоит в удерживании песчано-глинистойсмеси, обеспечении достаточной прочности и же­сткости формы при ееизготовлении, транспортировке и заливке металла.
Формовочные и стержневые смеси в основном состоятиз кварцевого песка определенной зернистости и жароупорности.
2. Технологический процесс литья в разовые песчано-глинистыеформы
На рисунке 2 представлена общая схематехнологического процесса литья в разовые песчано-глинистые формы.

Рисунок 2 – Схемапроцесса литья в разовые песчано-глинистые формы2.1. Формовочные и стержневые смеси и их свойства
Формовочная смесь– это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующаяусловиям технологического процесса изготовления литейных форм. Формовочныесмеси по характеру ис­пользования разделяют на облицовочные, наполнительные иединые [2].
Формовочные материалы – это совокупность природных иискусственных материалов, используемых для приготовления фор­мовочных истержневых смесей. В качестве исходных материалов используют формовочныекварцевые пески и литейные формовочные глины. Глины обладают связующейспособностью и термохимической устойчивостью, что позволяет получать отливкибез пригара.
Облицовочная смесь– это формовочная смесь, ис­пользуемая для изготовлениярабочего слоя формы. Такие смеси содержат повышенное количество исходныхформовочных материалов (песка и глины) и имеют высокие физико-механическиесвойства.
Наполнительная смесь– это формовочная смесь для наполнения формы посленанесения на модель облицовочной смеси. Поэтому ее приготовляют путем переработкиоборотной смеси с малым количеством исходных формовочных материалов (песка вглины). Облицовочные и наполнительные формовочные смеси ис­пользуют приизготовлении крупных и сложных отливок.
Единая смесь– это формовочная смесь, применяемая одновременно в качествеоблицовочной и наполнительной смеси. Та­кие смеси применяют при машиннойформовке и на автоматических линиях в серийном и массовом производствах. Единыесмеси приготовляют из наиболее огнеупорных песков и глин с наибольшей связующейспособностью, чтобы обеспечить их долговечность.     
       Формовочные смеси должны обладатьразличными свойствами, такими как [2]:                                               
– Огнеупорность –способность смеси и формы сопротивляться размягчениюили расплавлению под воздействием температуры рас­плавленного металла. Чем крупнеепесок, тем меньше в нем примесей и пыли и чем больше кремнезема, тем болееогнеупорна смесь. При низкой огнеупорности на поверхности отливки образуетсяпригар — прочное соединение формовочной или стержневой смеси с поверхностьюотливки.
     – Прочность – способность материалаформы не разрушаться при извлечении модели из формы, транспортировании изаливке форм. Прочность формовочной смеси увеличивается с увеличением содер­жанияглины, с уменьшением размеров зерен песка, плотности.
– Газопроницаемость – способность смеси пропускать черезсебя газы. Газопроницаемость тем выше, чем больше песка в формовочной смеси ичем он крупнее, а также чем меньше содержание глины в фор­мовочной смеси.
– Пластичность —способность деформироваться без разрушения и точно воспроизводитьотпечаток модели.
– Податливость –способность формы или стержня сжиматься при усадке отливки.                                        
Стержневая смесь– это многокомпонентная смесь формовочных материалов, соответствующаяусловиям технологического процесса изготовления литейных стержней. Стержни призаливке расплав­ленного металла испытывают значительные тепловые и механиче­скиевоздействия по сравнению с формой, поэтому стержневые смеси должны иметь болеевысокую огнеупорность, газопроницаемость, по­датливость, малую газотворную способность, легко выбиваться из отливок и т.д.
Жидкостекольныесмеси, используемые для изготов­ления литейных стержней илитейных форм, приготовляют из кварцевых песков с содержанием не более 3,5 %глины, связующего мате­риала — жидкого стекла с добавкой 10 %-ного раствора едкого натра. Отверждение смесиосуществляется продувкой углекислым газом.
Холоднотвердеющиесмеси (ХТС), используемые для стержней, приготовляют из кварцевогопеска, связующих ма­териалов – карбамидофурановых,  фенолоформальдегидных  смол и др. В качестве катализаторов применяютортофосфорную или азот­ную кислоту и ее соли. Продолжительность отверждениясмесей составляет  от 1 до 20 минут [3].
парпрар
2.2. Изготовление и заливка литейных форм
Процесс изготовления литейных формназывается формовкой. Он осуществляется в формовочных отделениях литейногоцеха. Стержни изготовляют в стержневом отделении и подают на сборке формы вформовочное отделение. Изготовление форм, стержней и сборка формы — наиболееответственные этапы производства отливок. Более 80% отливок получают в разовыхлитейных формах,  так как стоимость ихизготовления достаточно низкая, вместе с тем в них можно получить практическилюбую по конфигурации, сложности и массе отливку из наиболее распространенныхчерных и цветных сплавов.
         Применяютследующие способы формовки [2]: 1) в почве и кессонах; 2) в опоках; 3) безопочную; 4) по шаблону; 5) по скелетным моделям иконтрольным сечениям; 6) в стержнях; 7) с применением быстротвердеющих смесей.
         В зависимости от степени механизациипроцесса изготовления форм различают три вида формовки: ручную, машинную иавтоматическую. На машиностроительных заводах ручную формовку применяют дляполучения одной отливки или нескольких, например в условиях опытно-экспериментальногопроизводства, при изготовлении уникальных отливок, а также для ремонта.Машинную формовку применяют в условиях серийного и массового производстваотливок или для автоматизации процесса изготовления форм какой-либо однойотливки (специализированные автоматы).
Заливка литейных форм – процесс заполнения полости литейной формы расплавленнымметаллом из ковша.
Ковшс расплавленным металлом от плавильных печей к месту разливки перевозятмостовым краном или по монорельсовому пути.
Важное значение при заливке форм имеет выбортемпературы заливки расплавленного металла. При повышенной температуре за­ливкивозрастает жидкотекучесть металла, улучшается питаниеот­ливок, но горячий металл более газонасыщен,сильнее окисляется, вызывает пригар на поверхности отливки. В то время как низкаятемпература заливки увеличивает опасность незаполненияполости формы, захвата воздуха, ухудшается питание отливки. Температуру заливкисплавов целесообразно назначать на 100—150 °С выше тем­пературы ликвидуса.
Автоматизация заливки литейных формобеспечивает высокую точность дозировки металла, облегчает труд заливщика, повышаетпроизводительность труда.
2.3. Охлаждение, выбивка и очистка отливок
Охлаждение отливокв литейных формах после заливки продол­жается дотемпературы выбивки. Небольшие тонкостенные отливки охлаждаются в форменесколько минут, а толстостенные (массой 50 – 60 т) – в течение несколькихсуток и даже недель. Для сокра­щения продолжительности охлаждения отливок,особенно массивных, используют различные методы принудительного охлаждения:формы обдувают воздухом; в формы при формовке укладывают змеевики или трубы, покоторым пропускают воздух или воду и др. При этом каче­ство отливок не ухудшается[1].
Выбивка отливок– процесс удаления затвердевших и охлаж­денных до определеннойтемпературы отливок из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Выбивкуотливок осущест­вляют на различных выбивных установках [1].
Обрубкаотливок – процесс удаления с отливки прибылей, литников,выпоров и заливов (облоя) по месту сопряжения полу­форм. Обрубку производят пневматическими зубилами,ленточными и дисковыми пилами, газовой резкой и на прессах.
Литникиот чу­гунных отливок отбивают молотками сразу же после выбивки из форм передудалением стержней. Литники и прибыли от стальных отливок отрезают газовой илиплазменной резкой. Ленточные и дисковые пилы используют для обрубки отливок изалюминиевых, магниевых, медных сплавов. После обрубки отливки зачищают, удаляямелкие за­ливы, остатки прибылей, выпоров и литников. Зачистку выполняют маятниковымии стационарными шлифовальными кругами, пневмати­ческими зубилами, газоплазменной обработкой и другими способами [1].
Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовоч­ной истержневой смеси с наружных и внутренних поверхностей отли­вок. Ее осуществляютв галтовочных барабанах периодического или не­прерывногодействия, в гидропескоструйных и дробеметных камерах,химической или электрохимической обработкой и другими способами.3.Контроль отливок
 
Основные задачи техническогоконтроля: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушенийтехнологического процесса, разработка мероприятий по повышению качествапродукции; установление соответствия режи­мов и последовательности выполнениятехнологических операций, предусмотренных технической документацией;установление соответствия качества материалов, тре­буемых для производстваотливок и т. д [4].
Контрольотливок прежде всего осуществляют визуально для выявления брака илиотливок, подлежащих исправлению. Правильность конфигурации и размеров проверяютразметкой, плотность металла отливки – гидравлическими испытаниями поддавлением воды до 200 МПа. Внутренние дефекты выявляют в специализиро­ванныхлабораториях.
Тщательномуконтролю подвергают литейную оснастку (модели, модельные
плиты идр.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контрольсвойств формовочных и стержневых смесей, уплотнения в форме, каче­ства стержнейи правильности их установки, химического состава и технологиче­ских свойствсплава, температуры заливки и т. д.).
3.1. Дефекты отливок и причины ихвозникновения
Дефекты отливок по внешним признакам подразделяют на наружные(песчаные раковины, перекос, недолив и др.); внутренние (усадочные и газовые рако­вины,трещины горячие и холодные и др.) [1, 4].
– Песчаные раковины –открытые или закрытые пустоты в телеотливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабогоуплотнения
формы,недостаточного крепления выступающих частей формы и прочих причин.
– Перекос – смещение одной части отливки относительно другой, возникающийв результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штырей, несоответ­ствиязнаковых частей стержня на модели и в стержневом ящике, неправильной установкистержня в форму и других причин.
– Недолив –некоторые части отливки остаются незаполненными в связи снизкой температурой заливки, недостаточной жидкотекучестью,недостаточным сечением элементов литниковой системы,неправильной конструкцией отливки (например, малая толщина стенки отливки) идр.
– Усадочные раковины –открытые или закрытые пустоты в телеотливки с шеро­ховатой поверхностью и грубокристаллическимстроением. Эти дефекты возникают при недостаточном питании массивных узлов,нетехнологичной конструкции отливки, неправильной установке прибылей, заливкеперегретым металлом.
– Газовые раковины –открытые или закрытые пустоты в теле отливки с чистойи гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемо­стиформы и стержней, повышенной влажности формовочны