под давлением, по выплавляемым моделям и другие

Изготовление металлических изделий методом литья – это широко распространенный способ получения деталей сложной конфигурации без использования дорогостоящего оборудования. Производители используют различные технологии литья. Благодаря этому детали можно получить такой точности, что не требуется дальнейшая механическая обработка. Автоматизация и механизация технологического процесса позволяет поставить получение отливок на поток.

Технологии литья

Для литья пригодны такие металлы и сплавы как:

• черные:
  1. сталь:
     • конструкционная;
     • легированная;
  2. чугун:
     • серый;
     • белый;
     • половинчатый;

• цветные:
  1. медь:
     • бронза;
     • латунь;
  2. алюминий:
     • силумин;
     • дюралюминий;
  3. магний;

• редкоземельные;
• драгоценные.

Для получения деталей определенного качества разрабатываются новые сплавы с различным процентным содержанием компонентов. От их наличия и количества во многом зависит температура плавления и жидкотекучесть расплава.

Новая технология в литье – прогрессивный способ разливки. Позволяет снизить себестоимость продукции в отличие от конкурирующих предприятий. Кроме издревле известных способов литья в землю или песчано-глинистые формы, для увеличения количества отливок используются неразрушаемые металлические формы – кокили.

Кроме перечисленных способов применяются такие методы литья как:

• под давлением:
  • избыточным;
  • вакуумическим;
• центробежное;
• в оболочковые формы;
• по моделям:
  • выплавляемым;
  • газифицируемым;
• точное (прецизионное).

Для литья чугуна с невысоким показателем шероховатости поверхности используются песчано-глинистые формы. Разлив производится как в опочные формы, так и в безопочные.

Использование типа формы зависит от массовости получения отливок. Так, разовые формы разрушаются, чтобы извлечь отливку. Из-за невысокой прочности состава, формы, предназначенные для разлива под небольшим давлением, изготавливаются толстостенными. Благодаря введению специальных связывающих материалов, придающих дополнительную прочность, форма изготавливается небольшой толщины, но с использованием опоки.

Для цветного литья используются более прогрессивные технологии.

Литье алюминия из-за его низкой температуры плавления сопряжено с некоторыми трудностями. Если разлив производится в формы из металла, то под давлением и с использованием специальных смазок, чтобы исключить появление дефектов.

Для получения ровной наружной поверхности и точного размера на изделиях, имеющих форму вращения, не только из алюминиевых, но и из других сплавов, используется центробежное литье. Центробежные силы распределяют расплавленный металл по форме равномерно. К тому же из расплава удаляются излишки воздуха и газов. Далее ознакомимся с некоторыми технологическими способами литейного производства.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

• крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
• заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

• сложной геометрической формы;
• с достаточно тонкими стенками;
• высокой точности;
• с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

• возможность получения размеров 9 класса и грубее;
• достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
• минимальная размер стенок — 0,6 мм;
• минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
• формирование наружной резьбы;
• накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

• высока цена на сами формы;
• разлив металлов с низкой температурой плавления;
• повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

• малым значениями температуры в период кристаллизации;
• пластичностью сплава;
• хорошей жидкотекучестью;
• инертностью к химическим реакциям;
• невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

• камера прессования:
  • горячая;
  • холодная;
• способ разливки:
  • горизонтальный;
  • вертикальный;
• механизм подачи сплава:
  • поршневой;
  • компрессорный.

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

В кокиль

При литье в кокиль, или в металлические формы, жидкий металл заливают свободно, то есть под действием гравитационных сил. Саму форму изготавливают разборной из двух частей, установленных на плиту. Для получения полостей и отверстий в предусмотренные канавки, в которые укладываются стержни. Для изготовления металлических форм используются стали и чугуны.

Процесс отлива в кокиль

Для удаления газов во время заливки предусматриваются вентиляционные каналы. Чтобы к внутренним поверхностям кокиля не прилипал расплав их облицовывают или красят огнеупорными составами. Толщина покрытия зависит от разливаемого металла и скорости его охлаждения. Перед покрытием полость формы очищается, а затем нагревается до температур 150 °С — 280 °С.

Особенности получения отливок:

1. Из-за высокой теплопроводности сплавы в кокиле быстро остывают, поэтому сплавы с малой жидкотекучестью должны иметь максимальную толщину стенок. Высокая скорость остывания формирует мелкозернистую внутреннюю структуру.
2. Металлическая форма неподатлива, поэтому в отливке отсутствуют дефекты, вызываемые остаточными деформациями, а также предотвращает усадку. Получаемая точность заготовок: стали и чугуны – 7-11 класс, цветные сплавы – 5-9 класс.
3. Отсутствие пригара.
4. Достигаемая шероховатость поверхности соответствует R_z = 40-10 мкм.
5. Кокиль – газонепроницаемая конструкция. Вентиляционные каналы и огнеупорные покрытия не могут полностью отвести газы. В связи с этим газовые раковины – это частое явление.

Плюсы литья в кокиль:

• постоянные характеристики для получаемых отливок;
• возможность использования песчаных стержней;
• высокая производительность;
• малое количество производимых операций;
• чистая поверхность готовых изделий;
• механизация работ;
• невысокая квалификация работников.

Отрицательные стороны:

• значительная стоимость формообразующей оснастки;
• ограниченная стойкость форм;
• быстрое остывание расплава.

В кокиль отливаются практически все металлы, но большинство отливок — это чугуны и литейные стали.

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Прецизионное литье

Прецизионное литье, обладающее повышенной точностью, применяется уже не одно десятилетие. С его помощью можно изделиям придать любую форму и при этом не увеличивать затраты на производство.

Прецизионное литье металлов характеризуется тем, что отливки имеют:

• любую форму;
• высокую точность;
• минимальные припуски.

Данный способ литья используется при отливке мелких деталей весом от одного грамма до 10 кг.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

stankiexpert.ru

Новые “зеленые” технологии литья

Обыкновенное литье можно усовершенствовать, использую новые, более экологически-чистые технологии, разработанные CSIRO.

Две новые технологии: динамическая вентильная система и “ATM система литников”, позволяют создавать высококачественные отливки с мелкозернистой структурой и низкой пористостью, благодаря улучшенной системе подачи метала в литейную форму. Эти технологии разработаны для использования с алюминиевыми и магниевыми сплавами.

“Это было достигнуто благодаря усовершенствованию поведения потока расплавленного металла, процесса заполнения формы и более позднему затвердеванию”, – заявил лидер исследовательской группы металлургов и инженеров CSIRO, Роб О’Доннел (Rob O’Donnell).

“Наши исследователи обнаружили что изменяя способ доставки расплавленного металла в литейную форму мы можем использовать присущее этому процессу высокое давление, что улучшит микроструктуру и уменьшит пористость”, – рассказал доктор О’Доннелл.

Литьё — технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердевания изделий. /WiKi/

Исследователям удалось достичь лучшего качества отливок, благодаря модификации конструкции литниково-вентиляционной системы (специальные отверстия, через которые заливают металл).

“Внедрение нашей улучшенной системы доставки экономически выгодно, не требует замены станков и значительно снижает массу текущего металла, снижая издержки производства. Это новое поколение технологии плавки: “зеленое”, энергосберегающее и чрезвычайно эффективное”.

Газы, попадающие в поток расплавленного металла создают пористость, что в сочетании с пустотами, образующимися во время процесса затвердевания, снижает качество конечных литых деталей.

Литые детали с более низкой пористостью прочней и могут быть успешно повторно нагреты для улучшения их механических свойств.

Динамическая вентильная система – это вентиль, способный варьировать свой размер в зависимости от давления плавки во время заполнения. Рентгеновский анализ пробных отливок показал что благодаря использованию динамической вентильной системы значительное улучшение плотности как в более толстых, так и в более тонких местах детали.

Статья описывающая динамическую вентильную систему получила награду в категории “Лучшая статья” от Ассоциации Литья Северной Америки (North American Die Casting Association) на выставке CastExpo10, которая была проведена в марте месяце, в Орландо, Флорида.

Обозреватель статьи похвалил исследователей CSIRO за разработку технологии реально-применимой в процессе литья под давлением такими словами: “Эта технология обещает значительно изменить будущее нашей индустрии”.

Технология ATM задействует революционную систему доставки расплавленного металла для процесса литья под высоким давлением, удешевляя эту операцию по сравнению с традиционной системы доставки.

Технология литья ATM доказала свою коммерческую эффективность многими компаниями. Она позволяет добиться уменьшения веса металла и количества брака.

“ATM подготавливает расплавленный металл перед заполнением формы, благодаря чему он становится более текучим и менее вязким”, – заявил О’Доннелл, – “В результате, поток течет быстрее и части литой детали крепче присоединяются друг к другу в местах их сочленения”.

На выходе получаем отливки с более равномерным распределением воздуха и газов, улучшенной, более однородной микроструктурой и исключительно низкой пористостью.  Только для вас самые интересные новости на страничках нашего портала.

Оригинал (на англ. языке): Eurekalert.org

globalscience.ru

Специальные способы литья :: Технология металлов

литейном производстве получили промышленное применение новые способы изготовления отливок, которые имеют некоторые преимущества по сравнению с литьем в песчаные формы.

 

В литейном производстве получили промышленное применение новые способы изготовления отливок, которые имеют некоторые преимущества по сравнению с литьем в песчаные формы. К ним относятся: литье в металлические формы, литье под давлением, центробежное литье, точное литье по выплавляемым моделям и литье в оболочковые формы. Литье в металлические формы — кокили — состоит в том, что расплавленные чугун, сталь или цветные сплавы заливают не в разовые песчаные, а в металлические формы многократного использования. Устройство литниковой системы показано на рис. 1. Рис.1. Схемы устройства литниковой   системы   в металлических формах  с   вертикальным   разъемом : а — заливка сверху, б — заливка снизу, в — через щелевой литник сбоку Литье  под  давлением заключается в том, что расплавленным сплавом заполняют металлическую форму под большим давлением. При этом способе могут быть устранены недостатки отливок, образующиеся при литье в песчаные формы: пустоты, дефекты поверхности и другие, а также достигнуты высокая производительность  труда и точность размеров и формы отливок. Размеры деталей в зависимости от вида сплава могут быть получены этим способом литья по 4-му и 5-му классам точности, а при тщательной доводке форм точность размеров может быть еще выше (3-й класс). литьем под давлением можно получать очень сложные по конфигурации и тонкостенные отливки, почти не требующие последующей механической обработки. Затем под действием рычага 8поршень 13давит на жидкий металл, который по подводящему каналу 14вдавливается в форму 7, где он затвердевает. Рис. 2. Поршневая машина для литья под давлением: 1 — футеровка, 2 — кожух, 3— камера давления, 4 — мундштук, 6 — литник, 6 — отливка, 7 — половинки формы, 8 — рычаг, 9 — пружина, 10 — упор, 11 — цилиндр, 12— отверстие для забора металла , 13 — поршень. 14 — подводящий канал

 

Центробежное  литье

При этом способе центробежные силы оттесняют жидкий сплав к внутренней поверхности формы, где он застывает ровным слоем. При затвердевании сплавов под действием центробежных сил они уплотняются, и их механические свойства улучшаются. Это объясняется тем, что все легкие примеси в сплаве, а также газы оттесняются к внутренней поверхности отливки, как более легкие. Вращение форм может быть по вертикальной или по горизонтальной оси. В зависимости от этого применяют два типа машин. На рис. 3 показаны Схемы центробежных машин с горизонтальной и вертикальной осью вращения. На горизонтальных центробежных машинах (рис. 3, а) отливают водопроводные и канализационные трубы и т. п. На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 3, б) отливают детали с малой высотой и большого диаметра: колеса, шкивы, зубчатые колеса и т. п.

а — при  горизонтальной  оси  вращения,    б — при вертикальной   оси   вращения:     1 — вращающаяся форма. 2 – ковш. .3— сменный желоб, 4 — электродвигатель

 

Точное  литье  по  выплавляемым  моделямимеет особенно большое значение при получении отливок из тугоплавких и трудно поддающихся механической обработке сплавов, например, высоколегированных сталей, твердых сплавов типа стеллитов и др. Получение деталей по этому способу основано на изготовлении моделей из легкоплавкого материала — воска, стеарина, парафина и др.

 

Модели, изготовленные с большой точностью, обычно собирают в блоки по нескольку штук, соединяя с литниковой системой. На собранный блок моделей наносят методом окунания жидкое облицовочное покрытие, состоящее из огнеупорной основы (кварцевая мука) и связующего раствора (этилсиликат, жидкое стекло). Процесс нанесения покрытия проводится 2—3 раза с присыпкой поверхности блоков порошком из прокаленного мелкого кварцевого песка, пока не будет получена оболочка толщиной 2,5— 3,0 мм.

 

Литье по выплавляемым моделям применяют для получения отливок небольшого веса (2—3 кг), например, режущего инструмента (фрез, сверл) и мелких деталей в авиационной и автотракторной промышленности.

Литье  в оболочковые  формы является одним из новых видов производства отливок.

Сущность этого способа состоит в следующем (рис. 6). Металлическую плиту вместе с расположенными на ней металлическими моделями нагревают до 180—200° С. Поверхность моделей смазывают эмульсией, чтобы не прилипала формовочная смесь, затем покрывают смесью из размельченного кварцевого песка с 5—8% порошка бакелита, способного превращаться при нагреве в неплавкое и нерастворимое вещество. Излишки формовочной смеси удаляются, а модельная плита с полузатвердевшей оболочкой поступает в печь, где при 250— 300° С с выдержкой в течение 1—3 минут оболочка окончательно затвердевает и получает большую прочность.

Так получают полуформу, которую скрепляют с другой полуформой, сделанной тем же способом.

Полученную форму устанавливают в ящик и заливают металлом. Перед заливкой незаполненную часть ящика засыпают землей, чтобы тонкая корка формы не разрушалась под давлением металла. Литье в оболочковые формы позволяет получать отливки точного размера (до 0,3—0,6 мм на 100 мм) и может применяться для всех литейных сплавов.

 

Рис. 6. Схема  получения оболочковой формы:

 

 

markmet.ru

Эко-крио-технология литья металлов по ледяным моделям (просто добавь воды)

В. С. Дорошенко, [email protected]

Производство отливок из металла по ледяным моделям (просто добавь воды)

Литейное производство поставляет металлические отливки машиностроениюю. Что дадут литейные цеха,то мы выпустим в виде машин. Привлечение криотехнологии в литейное производство заменит органические материалы для изготовления разовых литейных моделей в целях ресурсосбережения и повышения экологической безопасности литья.

Ледяные модели за рубежом делают роботы-принтеры, см.: http://www.membrana.ru/particle/1966.

Мы предложили три способа изготовления песчаных оболочковых форм по ледяным моделям путем получения твердеющих связующих композиций типа «связующее + отвердитель». 1) ледяная модель служит носителем связующего, а сухая песчаная облицовочная песчаная смесь содержит отвердитель; 2) ледяная модель служит носителем отвердителя, а облицовочный слой песка — связующего; 3) модель замораживается из чистой воды (наиболее экологически благоприятный вариант), которая (расплав модели) не вступает в реакции отверждения формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего (в виде порошка), но без воды эти реакции не идут. В этих трех способах подбирали составы с максимальной скоростью твердения

При изготовлении оболочковой формы путем засыпки песка в контейнер с ледяной моделью и виброуплотнения, таяния модели и пропитки песка получают песчаную корку толщиной 3…8 мм. При этом в состав оболочки достаточно вводить 0,3…0,4% связующего от массы песка в контейнере, что примерно на порядок меньше, чем вводят в традиционных формах из холоднотвердеющих песчаных смесей (ХТС) со связующим.

Разработка составов замораживаемых в составе модели водных композиций, в которых один компонент связующего находится в модели, а другой в окружающей ее песчаной смеси, показала достаточно хорошую технологичность получения оболочковых форм путем пропитки водным составом от тающей модели. В одном из таких примеров использовали ледяные модели из водного раствора жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 при содержании в песчаной смеси быстротвердеющего цемента. Продолжительность твердения оболочки от начала таяния модели массой 0,2…0,5 кг составляла от 6 мин. и более, после полного расплавления модели остаток (не пропитавший окружающий песок) модельной композиции выливали из затвердевшей оболочки, а оболочковую форму направляли на подсушку или заливку металлом с небольшим вакуумированием.

Также разработаны способы вакуумной упаковки ледяных моделей в синтетическую пленку для последующего использования технологии вакуумно-пленочной формовки. Способы получения оболочковых форм с противопригарными свойствами вокруг ледяной модели дали новую криотехнологию литья. Эта криотехнология литья по разовым ледяным моделям деталей из металлов для машиностроения исключает или минимизирует использование полимеров или связующего для песка литейной формы, заменяет органические (пенопластовые или парафино-стеариновые выплавляемые) модели на ледяные, а такой процесс производства отливок полностью соответствует экологически чистым безотходным технологиям по принципу “просто добавь воды”.

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Подробнее смотри: http://www.holodilshchik.ru/Icy_models_for_litho_of_the_metal.pdf, http://www.eco-time.com.ua/publications-24.html, http://www.eco-time.com.ua/publications-31.html, http://dorosh.steelsite.ru/news.php

Резюме.

Криотехнология машиностроения – литье из черных и цветных металлов по ледяным моделям позволяет получать отливок из чугуна, стали, алюминия, медных и др. сплавов. Институтом ФТИМС (г. Киев) эта криотехнология защищена десятками патентов на изобретения.

Ищем научных и инженерных партнеров для совместных исследований и внедрения такого вида литья в производство как решение проблем экологии и ресурсосбережения. [email protected], т.38(066)1457832

ecofriendly.ru

Новые технологии литья – Дом Солнца

Эти технологии разработаны для использования с алюминиевыми и магниевыми сплавами.

“Это было достигнуто благодаря усовершенствованию поведения потока расплавленного металла, процесса заполнения формы и более позднему затвердеванию”, – заявил лидер исследовательской группы металлургов и инженеров CSIRO, Роб О’Доннел (Rob O’Donnell).

“Наши исследователи обнаружили что изменяя способ доставки расплавленного металла в литейную форму мы можем использовать присущее этому процессу высокое давление, что улучшит микроструктуру и уменьшит пористость”, – рассказал доктор О’Доннелл.

Литьё – технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердевания изделий. /WiKi/

Исследователям удалось достичь лучшего качества отливок, благодаря модификации конструкции литниково-вентиляционной системы (специальные отверстия, через которые заливают металл).

“Внедрение нашей улучшенной системы доставки экономически выгодно, не требует замены станков и значительно снижает массу текущего металла, снижая издержки производства. Это новое поколение технологии плавки: “зеленое”, энергосберегающее и чрезвычайно эффективное”.

Газы, попадающие в поток расплавленного металла создают пористость, что в сочетании с пустотами, образующимися во время процесса затвердевания, снижает качество конечных литых деталей.

Литые детали с более низкой пористостью прочней и могут быть успешно повторно нагреты для улучшения их механических свойств.

Динамическая вентильная система – это вентиль, способный варьировать свой размер в зависимости от давления плавки во время заполнения. Рентгеновский анализ пробных отливок показал что благодаря использованию динамической вентильной системы значительное улучшение плотности как в более толстых, так и в более тонких местах детали.

Статья описывающая динамическую вентильную систему получила награду в категории “Лучшая статья” от Ассоциации Литья Северной Америки (North American Die Casting Association) на выставке CastExpo10, которая была проведена в марте месяце, в Орландо, Флорида.

Обозреватель статьи похвалил исследователей CSIRO за разработку технологии реально-применимой в процессе литья под давлением такими словами: “Эта технология обещает значительно изменить будущее нашей индустрии”.

Технология ATM задействует революционную систему доставки расплавленного металла для процесса литья под высоким давлением, удешевляя эту операцию по сравнению с традиционной системы доставки.

Технология литья ATM доказала свою коммерческую эффективность многими компаниями. Она позволяет добиться уменьшения веса металла и количества брака.

“ATM подготавливает расплавленный металл перед заполнением формы, благодаря чему он становится более текучим и менее вязким”, – заявил О’Доннелл, – “В результате, поток течет быстрее и части литой детали крепче присоединяются друг к другу в местах их сочленения”.

На выходе получаем отливки с более равномерным распределением воздуха и газов, улучшенной, более однородной микроструктурой и исключительно низкой пористостью.

www.sunhome.ru

Эко-крио-литье металла по ледяным моделям

Литейное производство металлических заготовок является основной заготовительной базой машиностроительного комплекса как базовой отрасли промышленности. Объемы производства литых заготовок находятся в пропорциональной зависимости от объемов производства машиностроения, так как доля литых деталей в автомобилях, тракторах, комбайнах, танках, самолетах и других машинах составляет 40-50%, а в металлорежущих станках и кузнечнопрессовом оборудовании доходит до 80% массы и до 20% стоимости изделия. Сегодня в действующих литейных цехах России и Украины при производстве 1 т отливок из чугуна и стали выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5-2,0 кг окиси серы, 1 кг окиси углеводородов и образуется до 5 т твёрдых песчаных отходов. Особенно экологически небезопасны процессы с использованием синтетических смол и других органических связующих, которые дают до 70% загрязнений природной среды от литейных цехов [1].

Применение криотехнологии для получения металлоотливок в песчаных формах позволяет создать малоотходные и безотходные процессы, вытеснением органических материалов из технологии изготовления литейных форм предотвращает загрязнение окружающей среды. Высокие нормы ресурсосбережения достигаются повторным использованием формовочных материалов. Поскольку с каждым годом в мире неуклонно возрастает производство отливок литьем по разовым моделям, которое дает точное литье, способствуют уменьшению металлоемкости отливок и наиболее приближает их к конечной детали, то литье по моделям из замороженной воды относится именно к такого рода специальных способов литья.

Привлечение криотехнологии для получения песчаных форм по разовым ледяным моделям в большинстве разновидностей способов исключает из техпроцесса органические модельно-формовочные материалы и минимизирует использование связующих путем получения тонкостенных оболочковых форм. Применение при этом агрегатных переходов воды (из жидкого в твердое – при замораживании модели, опять в жидкое – при таянии модели и впитывания жидкости в песок для освобождения полости формы, а затем испарение – при сушке увлажненной формы) в какой-то мере подобно кругообороту воды в природе. Идея цикличности материальных ресурсов как метод экологизации производства заимствована у природы, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы, наследуя которые можно приблизить производство к биосферным законам, и в первую очередь закону круговорота веществ. Вода для ледяных моделей на 30-90% и сухой песок формы на 80-90% (за вычетом песка участвующего в образовании оболочки путем пропитки – увлажнения), может использоваться многократно.

Разработана разновидность вакуумной формовки по ледяным моделям (упакованным в пенку), при которой вода не попадает в песок формы, и может полностью использоваться повторно наряду с многократным использованием песка. Такая технология относится к крио-вакуумным процессам, в которых сухой песок формы (без связующего) упрочняется под воздействием вакуума при подключении литейных форм трубопроводами к вакуум-насосу [2]. При этом литье по ледяным моделям совмещается с вакуумно-пленочной формовкой (ВПФ), которая является наиболее экологически безопасным способом песчаной формовки и за рубежом за последние годы перешла из разряда спецвидов литья в основные способы производства отливок в разовые песчаные формы [1]. При ВПФ газы, возникающие при заливке расплавленного металла в литейную форму, практически полностью откачиваются вакуум-насосом из формы, а отсутствие связующего в сухом кварцевом песке снижает до минимума такое газовыделение.

Экологические преимущества литья по ледяным моделям очевидны при замене ими традиционно применяемых выплавляемых чаще всего парафино-стеариновых моделей (способ ЛВМ) или газифицируемых (выжигаемых) расплавом металла моделей из пенополистирола при заливке литейной формы (способ ЛГМ). При ЛВМ расход модельного состава на тонну годных отливок составляет 40…90 кг при 10% потерь, большая часть из которых происходит при прокаливании в термических печах оболочковых форм при высоких температурах и выгорании не удаленного из них модельного материала. Это ведет к дымовыделениям в литейном цеху, требует установки вытяжной вентиляции и очистки газов, выбрасываемых в атмосферу.

Что касается использования пенополистирола для моделей, то его расход составляет порядка 6…6,5 кг на тонну отливок, и он разрушается при высокотемпературной деструкции. При горении без образования твердого остатка выделяется на 1 м³ материала (при плотности 25 кг/м³) до 267 м³ дыма с наличием токсичных продуктов сгорания, главным образом СО (OCT 301-05-202-92E). Исследованиями Химического факультета МГУ под руководством проф. А. Т. Лебедева выявлены возможности выделения фосгена при горении пенополистирола. Поэтому отходы пенополистирола не подлежат сжиганию подобно углю, дровам и т.п., так как при термодеструкции полимера полистирола могут выделяться токсичные газы.

Применение пенополистирола по способу ЛГМ в настоящее время обязательно сочетается с вакуумированием формы, откачиванием продуктов его деструкции и обезвреживанием их путем каталитического дожигания (до полного разложения углеводородов до СО2 и паров Н2О) перед выбросом в атмосферу. Однако, такие установки дожигания недешевы, и для мелких участков их могут не устанавливать, а литейные формы для экономии электроэнергии нередко вакуумируют короткий период времени, и часть сконденсированного в песке полистирола может разлагаться в цехе от тепла отливки. Это, как и при ЛВМ, требует достаточно энергоемкой вытяжной вентиляции и очистки газов, но в реальных литейных цехах часто не освобождает от полного удаления вредных газов из рабочей зоны.

Ставя на первое место такой аспект модернизации литейного производства, как создание комфортных условий для существования и деятельности человека, в настоящее время ФТИМС НАН Украины патентует три разновидности способа изготовления по разовым ледяным моделям песчаных оболочковых форм из сыпучего формовочного материала [2]. При этом оболочка образуется путем затвердевания в ней самотвердеющей композиции при введении в контакт отвердителя со связующим. 1-й вариант: ледяная модель служит носителем отвердителя, а облицовочный слой песка — связующего. Во 2-м – ледяная модель служит носителем связующего, а сухая песчаная облицовочная смесь содержит отвердитель. Наиболее экологически благоприятный 3-й вариант: модель замораживается из чистой воды, которая не вступает в реакции отверждения формовочной смеси с добавками реагентов отвердителя и связующего, но без увлажнения водой эти реакции не идут. Во всех трех способах подбирали составы связующих композиций с максимальной скоростью твердения, зачастую выискивая в технической литературе отвергнутые составы холоднотвердеющих песчаных смесей (ХТС) по причине их малой «живучести».

При изготовлении оболочковой формы путем засыпки песка в контейнер с ледяной моделью, виброуплотнения, таяния модели и пропитки песка получали песчаную корку толщиной 4…8 мм и более. При этом в составе оболочки находится не более 0,3…0,4% связующего от массы песка в контейнере, что почти на порядок меньше, чем в традиционных формах из ХТС. В исследованиях упор делали на применение неорганических связующих.

Составы ледяных моделей, в которых один реагент связующей композиции находится в модели, а другой – в окружающей ее песчаной смеси, показали достаточно хорошую технологичность получения оболочковых форм путем пропитки водным составом от тающей модели. Например, для ледяных моделей из водного раствора жидкого стекла плотностью 1,08 г/см3 использовали песчаную смесь с добавлением быстротвердеющего цемента, в процессе пропитки которой твердение получаемой оболочки (толщиной на глубину пропитки) от начала таяния модели (модельного блока) массой 0,2…0,5 кг составляло 6…10 минут. После расплавления остаток модельной композиции, не пропитавший окружающий песок, выливали из затвердевшей оболочки, а оболочковую форму направляли на подсушку, либо отрабатывали заливку металлом в сухом наполнителе с вакуумированием формы.

Создание и отработка способов получения оболочковых форм с противопригарной и мелкозернистой облицовкой (покрытием) вокруг разовой ледяной модели закладывает основу новой крио- (крио-вакумной) технологии литья мелких и средних металлозаготовок. Она исключает или сводит к минимуму использование органических полимеров: связующего для песка оболочковой литейной формы, заменяет пенопластовые или выплавляемые парафино-стеариновые модели на ледяные. Такая криотехнология литья по разовым моделям соответствует экологически чистым безотходным технологиям с использованием принципа “просто добавь воды”.

Поскольку в описанной технологии отсутствуют дорогостоящие материалы и оборудование, то это позволяет рекомендовать ее (еще на стадии отработки до промышленного уровня) в качестве приемлемой методической тематики в учебных институтах для выполнения студентами-литейщиками НИР, курсовых и дипломных работ. Замораживают модели при температурах не ниже минус 15…18 град. С (для ускорения последующего таяния их в форме), для чего достаточно бытовой морозильной камеры. Наблюдение образования поликристаллической структуры прозрачной модели, формовка в сухом песке, удаление модели, извлечение из сухого наполнителя и сушка оболочки охватывают почти все процессы модельно-формовочной тематики (с рядом фазовых переходов), с физико-химическим подбором модельно-связующих композиций, процессами тепло-массопереноса и поверхностными явлениями. Такой инновационный характер обучения при ознакомлении с новыми крио-вакуумными технологиями, оценка их экологичности, энерго- и ресурсосберегаемости даст преимущества молодым специалистам для применения их на производстве.

Криотехнология литья из черных и цветных металлов по ледяным моделям защищена институтом ФТИМС НАН Украины (г. Киев) десятками патентов на изобретения. Существующее финансирование науки не позволяет ученым быстро внедрить эту технологию, поэтому мы ведем поиск научных и инженерных партнеров для совместных исследований и внедрения такого вида литья в производство в целях решения проблем экологии и ресурсосбережения.

Адрес для справок [email protected], т.38(066)1457832

Ледяные модели за рубежом уже делают роботы-принтеры: http://www.membrana.ru/particle/1966.

Литература

1. Ткаченко С. С., Кривицкий В. С. Направления модернизации литейного производства региона // Литейщик России.-. 2011.-№9.- С.27-32.

2. Дорошенко В. С. Многовариантность использования ледяных моделей при литье в песчаные формы // Металл и литье Украины. – 2010.- №12. – С. 17 – 26.

techvesti.ru

литье под давлением, сплавов в формы, технология

Человечество используем металлы и их сплавы несколько тысячелетий. Сначала металлы находили в виде самородков и россыпей, позже доисторические племена научились перерабатывать металлосодержащие руды. Проверенным способом получения изделий из металлов было литье в земляные формы.

Литье в песчаные формы

Отливали наконечники для стрел и мечи, сельскохозяйственные орудия и инструменты, утварь и украшения. За прошедшие с тех пор тысячелетия человек изобрел множество новых приемов обработки материалов и методов литья, включая литье под давлением, газифицируемые формы и порошковую металлургию. Старинный способ также сохранился, но используется в основном в скульптурных мастерских и художественных промыслах.

Особенности литья металлов

По сравнению с другими материалами, такими, например, как воск или гипс, литье металлов отличается некоторыми особенностями. Первая из них — высокая температура перехода из твердое в жидкое состояние. Воск, гипс и цемент затвердевают при комнатной температуре. Температура плавления металлов гораздо выше — от 231 °C у олова до 1531 °C у железа. Перед тем, как приступить к литью металла, его необходимо расплавить. И если олово можно расплавить в глиняной плошке на простом костре из подобранных рядом сучьев, то для плавления меди, не говоря уже о железе, понадобится специально оборудованная печь и подготовленное топливо.

Олово

Свинец

Олово и свинец — самые мягкие и легкоплавкие металлы — можно отливать даже в деревянные матрицы.

Для литья более тугоплавких металлов потребуются формы из смеси песка и глины. Некоторые металлы, как, например, титан, требуют для литья металлические формы.

После заливки изделию требуется остыть. Многоразовые матрицы разбирают, одноразовые формы разрушают, и отливка готова к дальнейшей механической обработке или к использованию.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургической промышленности различают цветные и черные металлы. К черным относятся железо, марганец, хром и сплавы на их основе. Сюда входят все стали, чугуны и ферросплавы. Черные металлы дают более 90% мирового потребления металлических сплавов. Из стали производят корпуса и детали транспортных средств от самоката до супертанкера, строительные конструкции, бытовую технику, станки и другое промышленной оборудование.

Чугун

Чугун — отличный металл для литья крупных прочных и долговечных конструкций, не подверженных напряжениям изгиба или скручивания.

Цветные металлы, в свою очередь, в зависимости от физических свойств, и прежде всего, удельного веса, делятся на две большие группы

Легкие цветные металлы

В эту группу входят алюминий, титан, магний. Эти металлы встречаются реже, чем железо, и стоят дороже. Их применяют в тех отраслях, где нужно снизить вес изделия — аэрокосмическая промышленность, производство высокотехнологичных вооружений, производство вычислительной и телекоммуникационной техники, смартфонов и малых бытовых приборов.

Титан

Титан благодаря своему отличному взаимодействию с тканями человеческого организма широко применяется для протезирования костей суставов и зубов.

Тяжелые цветные металлы

Сюда относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Их применяют в химической промышленности, производстве электроматериалов, в электронике, на транспорте – везде, где требуются достаточно прочные, упругие и коррозионно-стойкие сплавы.

Медь

Цинк

Никель и его сплавы

Благородные металлы

В эту группу входят золото, серебро, платина, а также более редкие рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Первые три известны человеку с доисторических времен. Они редко (относительно меди и железа) встречались в природе и поэтому служили платежным средством, материалом для ценных украшений и ритуальных предметов.

Золото и платина

С развитием цивилизации золото и платина сохранили свою роль средства накопления богатств, однако стали весьма широко использоваться в промышленности и медицине из-за своих уникальных физико-химических свойств.

Методы литья металлов

Основные методы литья металлов следующие:

Традиционный метод

Металл поступает в форму под действием силы тяжести. Применяются песчано-глиняные или металлические матрицы. Недостаток метода — высокая трудоемкость изготовления форм и других операций, тяжелые условия труда и низкая экологичность

Литье под низким давлением

Суть метода заключается в том, что тигель с металлом и матрицы для отливок располагаются в герметичной камере. Металлопровод, сделанный из титанового сплава, опускается из формы в расплавленный металл. В это время в камеру подают низкое избыточное давление воздуха или инертного газа. Металл попадает в матрицу под давлением, скорость потока весьма высока и при этом регулируется. Форма заполняется полностью и равномерно.

Метод позволяет получать высококачественные отливки, в том числе особо тонкостенные. Качество поверхности также превосходит отливки, получаемые традиционным методом. Литейные газы удаляются через отводящий трубопровод в систему очистки, откуда попадают в атмосферу. Метод отличается высокой автоматизацией операций, улучшенными условиями труда персонала и высокой экологичностью. К тому же при таком литье и материалы, и расход энергии существенно экономятся.

Литье под высоким давлением

Метод применяется как в черной, так и в цветной металлургии и позволяет получать наиболее точные и однородные отливки. Металл под высоким напором поступает в матрицу со скоростью до 120 м/с и мгновенно заполняет ее.

Деталям, полученным таким методом, практически не требуется финишная механическая обработка. Таким методом можно отливать детали практически любой конфигурации, с тонкими стенками, с готовыми отверстиями и даже с готовой резьбой.

Инжекционное литье

Инжекционный метод от обычного литья под давлением тем, что металл попадает в матрицу в виде порошка, смешанного со связующим веществом. Формы делают из высокопрочных сталей.

Высокая текучесть смеси позволяет заполнить мельчайшие детали рельефа форм самой сложной конфигурации, включающих внутренние полости. Достоинством этого метода является высокая точность поверхности, делающая ненужной дополнительную механическую обработку или сводящую ее к минимуму. Другим преимуществом является высочайшая физико-химическая однородность отливки.

Существуют и другие методы литья деталей, имеющие нишевое применение.

Основные способы литья металлов

Литье в землю

Традиционный способ. Изготавливается простая или составная модель из дерева или других модельных материалов, потом по модели делается матрица из песчано-глиняной смеси. Подробнее об этом способе читайте в соответствующей статье.

Технология литья в землю

Модель извлекают из формы, части ее собирают вместе, создают литниковую систему. Форму накалывают тонкими острыми иглами, чтобы обеспечить газоотведение. Производят отливку, ждут ее остывания,

Литье в металлические формы

Разъемную форму, называемую кокилем, изготавливают из металлических деталей. Части матрицы получают путем отливки или, если требуется обеспечить высокое качество поверхности и точность размеров, путем фрезерования. Формы смазывают антипригарными составами и производят заливку.

Литье в металлические формы

После остывания кокили разбирают, извлекают отливки, очищают. Металлическая матрица выдерживает до 300 рабочих циклов.

Литье по газифицируемым моделям

Модель выполняется не из дерева или воска, а из легкоплавкого и газифицируемого материала, преимущественно полистирола. Модель остается в форме и испаряется при заливке металла.

Литье по газифицируемым моделям

Преимущества способа:

• модель не требуется извлекать из матрицы;
• можно изготовлять модели сколь угодно сложных отливок, не нужны сложные и составные формы;
• существенно снижена трудоемкость моделирования и формования.

Литье по газифицируемым моделям приобретает большую популярность на современных металлургических производствах.

Формы для литья

Самый древний вид форм — это формы из песчано-глиняной формовочной смеси, или «земли». Исторически центры металлургии возникали рядом с местами залегания уже готовых по своему составу для литья песков, например, рядом с всемирно известным Каслинским чугунным заводом. Смеси делятся на обмазочные и наполнительные.

формы из песчано-глиняной формовочной смеси

Для построения любой матрицы требуется модель — макет будущего изделия в натуральную величину, но несколько больших размеров — на величину литейной усадки.

Модель помешают по центру опалубки, или опоки, и наносят на нее слой обмазочной смеси — термостойкой и пластичной. Потом начинают послойно, тщательно трамбуя каждый слой, заполнять опоку наполнительной смесью. Требования к наполнительным смесям намного ниже, чем к обмазочным — они должны выдерживать давление залитого металла, сохраняя конфигурацию отливки, и обеспечивать выход плавильных газов. После модель извлекают из формы и на ее место заливают расплав.

Для отливок сложной конфигурации, имеющих замысловатые детали и внутренние полости, применяют составные модели и формы из нескольких частей.

Металлические формы

Литье также осуществляется и в металлические формы. Их применяют при больших тиражах отливаемых деталей, в тех случаях, когда требуется высокая точность размеров и низкая шероховатость поверхности отливки, а также для некоторых металлов, активных в нагретом состоянии. Температура плавления материала формы должна быть существенно выше, чем температура отливаемого расплава.

Область применения

Различные способы литья имеют свои преимущественные сферы применения.

Так, литье в песчаные формы применяется при единичных отливках или малых сериях. Проверенный тысячелетиями способ понемногу уходит с промышленных предприятий, но продолжает использоваться на художественных промыслах и в скульптурных мастерских.

Литье в металлические формы применяется в случаях, когда требуется

• большие тиражи отливок;
• высокая точность размеров;
• высокое качество поверхности.

Также литье в металл популярно в ювелирной промышленности и в производстве металлических украшений.

Литье под давлением все шире используется предприятиями, сфокусированными на качестве своих изделий, следящими за экологией, охраной труда и эффективным расходованием материальных и энергетических ресурсов.

Литье по газифицируемым моделям применяется в тех случаях, когда планируются большие тиражи отливок, требуется высокая точность и экономия трудоемкости.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

stankiexpert.ru