а) Технология изготовления отливок из черных металлов
Основной задачей, стоящей перед литейным производством, является максимальное приближение формы и размеров литых заготовок к форме и размерам готовых деталей. Специальные способы изготовления литых заготовок позволяют приблизиться к размерам готовых деталей, повысить коэффициент использования металла, резко уменьшить объем механической обработки.
Рис. 3. Способ безопочной формовки.
В последнее время благодаря разработке смесей с высокой прочностью во влажном состоянии, методов выбивки форм без механических ударов опок, использования опок с высокой жесткостью, применения систем управления и на основе бесконтактных датчиков и логических элементов, а также благодаря созданию надежно работающих быстродействующих формовочных автоматов широкое распространение получили автоматические и поточные линии опочной и безопочной формовки.
Самым распространенным и высокопроизводительным способом формообразования является способ уплотнения форм прямым прессованием.
Весьма эффективным способом изготовления чугунных отливок щитов электродвигателей с высотами оси вращения до 250 мм, крышек, муфт и других мелких деталей является литье в песчано-глинистые формы, получаемые на линиях безопочной формовки, со сборкой форм в горизонтальную непрерывную стопку и вертикальным разъемом. Этот способ не требует опочной оснастки, больших транспортных средств, отличается простотой выбивных устройств и автоматизацией почти всех технологических операций.
На рис. 3 приведен один из способов безопочной формовки. Формовочную смесь засыпают в бункер 1, из которого она сжатым воздухом подается в рабочий резервуар 2. С одной стороны резервуара находится подвижная модельная плита 4, передвигаемая штоком 3 поршня цилиндра, с другой стороны—поворотная модельная плита 5; боковые стенки модельной плиты ограничены кассетами. Формовочная смесь в резервуаре 2 уплотняется при передвижении модельной плиты 4. После уплотнения формы рамка 6 вместе с поворотной плитой 5 отодвигается и модель извлекается из формы. Модельная плита 5 поднимается вверх, уплотненная полуформа 7 передвигается штоком 3, в результате чего образуется безопочная стопа 8. Шток 3 с подвижной плитой 4 извлекаются из полуформы и возвращаются в исходное положение. После этого все операции повторяются.
На Московском электромеханическом заводе эксплуатируется автоматическая линия безопочной формовки модели АЛ-2002, разработанная Харьковским филиалом ВНИИЛИТмаш. Особенность ее конструкции — наличие транспортного устройства, на котором выполняется ряд технологических операций: сборка форм в стопу, заливка и транспортировка форм к выбивному устройству. Транспортное устройство, в качестве которого используется шагающий конвейер, обеспечивает точность сборки и целостность форм в стопе по всей длине линии. Это позволяет использовать сырую смесь с пределом прочности 60—70 кПа. Эта смесь применяется в большинстве литейных цехов. Производительность линии 360 форм в час. Размер форм 600X450X300 мм.
На таллинском заводе «Вольта» организован высокомеханизированный цех для отливки в металлический кокиль чугунных станин и щитов для электродвигателей на автоматических линиях моделей А57 и А58. Кокили для заливки подшипниковых щитов состоят из двух водоохлаждаемых половин с вертикальной плоскостью разъема. Они установлены на восьмипозиционной карусельной машине с вертикальной осью вращения и периодическим поворотом стола на 1/8 часть окружности.
На бакинском заводе «Электроцентролит» организован цех литья в оболочковые формы чугунных станин электродвигателей серии 4А с высотами оси вращения 71 —100 мм. Сущность технологического процесса изготовления оболочковых .форм состоит в том, что на предварительно нагретую одностороннюю плиту с металлическими моделями наносят смесь песка и термореактивной синтетической фенольной смолы. Под действием теплоты смола, прилегающая к горячей оснастке, плавится и на модельной плите образуется односторонняя полутвердая песчано-смоляная оболочка. После удаления избытка смеси плита с образовавшейся на ней полутвердой оболочкой подвергается дополнительному нагреву для отверждения оболочки.
Готовая оболочковая полуформа с помощью толкателей снимается с модельной плиты и соединяется с другой полуформой. В полученную форму в вертикальном или горизонтальном положении заливают металл. Форма легко разрушается при выбивке готового изделия.
При литье в оболочковые формы уменьшаются припуски на механическую обработку отливок, что сокращает трудоемкость механической обработки и снижает массу отливок на 15—25 %.
На Томском электромеханическом заводе «Сибэлектромотор» отливку станин электродвигателей серии 4А с высотой оси вращения 112 мм производят в облицованных кокилях.
Принцип литья в облицованный кокиль заключается в том, что на рабочую поверхность кокиля, предварительно нагретую до 200°С, наносится слой толщиной 4—8 мм одноразовой песчано-смоляной облицовки на термореактивном связующем. В отдельных зонах кокиля толщина облицовки может быть большей или меньшей, в зависимости от условий охлаждения различных частей отливок. Таким образом, можно получать отливки с дифференцированной структурой.
Технология получения отливок в облицованных кокилях сочетает в себе преимущества кокильного литья и литья в оболочковые формы. По сравнению с литьем в чистый (необлицованный) кокиль литье в облицованный кокиль имеет следующие преимущества: повышенную стойкость кокилей (до 30 000 заливов), исключение из технологического процесса операций отжига отливок, упрощенную конструкцию кокиля (его можно изготавливать с литыми рабочими гнездами, не требующими механической обработки, что снижает стоимость кокиля), возможность получения отливок с выступающими частями и глубокими полостями, точных отливок любой конфигурации, и оптимальных условий их затвердевания.
Прочностные и пластические свойства чугуна, стабильность качества отливок неразрывно связаны с особенностями процесса плавки, поэтому совершенствование технологии плавки чугуна является одной из актуальных проблем литейного производства. На многих заводах плавку чугуна производят в вагранках. В последнее время у нас в стране и за рубежом для плавки чугуна интенсивно внедряются электрические печи, особенно индукционные промышленной частоты.
Преимущества индукционной плавки серого чугуна перед получением его в вагранках следующие: возможность неограниченного использования отходов собственного производства (стружки, отходов электротехнической стали после штамповки и т. п.), повышение качества чугуна благодаря получению однородного расплава с равномерным химическим составом и меньшим содержанием вредных примесей, стабильность свойств выплавляемого чугуна, уменьшение потерь металла за счет снижения угара металлической шихты, улучшение санитарно-гигиенических условий труда, сокращение потребности в дефицитном литейном коксе и литейном чушковом чугуне, сокращение транспортных расходов.
При переплаве в индукционных печах промышленной частоты стальной стружки или штамповой высечки можно получать так называемый синтетический чугун, по качеству не уступающий ваграночному.
Технология получения стальных отливок такая же, как и чугунных, но имеет некоторые особенности. Сталь по сравнению с чугуном имеет более низкие литейные свойства. Линейная усадка стали составляет около 2 %, что является причиной возникновения большого количества усадочных раковин и трещин в отливках, имеющих резкие переходы от больших сечений к малым. При застывании сталь быстрее покрывается коркой, что препятствует выделению газов, и поэтому в стальных отливках, по сравнению с чугунными, больше газовых раковин. При охлаждении стали кристаллы, образующиеся в разное время, имеют, разный состав. Это приводит к тому, что в разных точках стальной отливки показатели физико-механических свойств могут иметь различные значения.
Существует ряд способов улучшения литейных свойств стали. Уменьшение газовых раковин достигается введением различных добавок. Применяют выдержку стали в ковшах, перед заливкой, чтобы газы успели выделиться из металла. Для более свободной усадки отливок литейную форму делают с податливыми прослойками и пустотами. Высокая температура заливки стали требует применения высокоогнеупорных формовочных материалов. Форма должна иметь повышенную прочность, податливость и газопроницаемость. Во избежание образования усадочных раковин для питания массивных частей отливок широко практикуют применение прибылей. Следует иметь в виду, что прибыль выполняет свое назначение только в том случае, если жидкий металл в ней затвердевает позднее, чем в самой отливке. Рациональной форме и размерам прибыли следует уделять большое внимание, так как расход жидкого металла на прибыли доходит до 50 % и более от массы отливки, что снижает выход годного литья.
Готовые отливки из черных металлов подвергают дробеструйной очистке и грунтовке. В таком виде они поступают на склад для хранения и дальнейшей механической обработки.
6) Технология изготовления отливок из цветных сплавов
Большинство отливок из цветных сплавов получают способом литья под давлением. Литье под давлением позволяет получить литую заготовку, близкую по конфигурации и размерам к готовой детали в такой степени, что последующая механическая обработка, необходимая почти для всех способов литья, в данном случае становится минимальной или исключается совсем. Изготовление отливок литьем под давлением основано на запрессовке жидкого металла в металлическую пресс-форму при давлении 30—100 МПа.
Решающими факторами, влияющими на точность отливок при литье под давлением, являются размеры и сложность конструкции отливки, толщина стенок и направление усадки металла, точность изготовления пресс-формы, степень её износа.
Максимальная точность размеров достигается для тех элементов отливки, которые находятся в одной полуформе или образованы неподвижными частями формы.
Литье под давлением производят на специальных машинах в массовом и крупносерийном производстве. В современных машинах литья под давлением автоматизирован весь процесс литья:
дозирование металла, прессование, извлечение отливок, подготовка пресс-формы.
Рис. 4. Участок литья под давлением.
На рис. 4 показан участок литья под давлением, состоящий из двух машин 2, манипулятора 5 (робота) и пресса 3. Робот извлекает литую деталь из пресс-формы 1, опускает в ванну 4 с водой для охлаждения и после охлаждения устанавливает на пресс 3 для обрубки литника и облоя. После обрубки робот передает деталь на последующие операции. Одновременно с этим в литьевой машине в автоматическом цикле производятся продувка сжатым воздухом пресс-формы, смазка ее, закрытие и впрыск дозы металла. После застывания металла пресс-форма раскрывается и робот берет отливку. Цикл повторяется. Производительность одной машины литья под давлением, работающей в автоматическом режиме, около 1000 отливок в час.
При литье под давлением пресс-формы выполняются стальными. Они имеют сложную конструкцию и высокую стоимость. До последнего времени при литье корпусов электрических машин из алюминиевых сплавов применялись пресс-формы с вертикальным разъемом. В них корпус электрической машины, коробка выводов и лапы отливались отдельно, а затем, после механической обработки, собирались. В настоящее время начинают применяться пресс-формы, имеющие четыре горизонтальных разъема. В них можно отливать корпус вместе с лапами и коробкой выводов (рис. 4.5). При этом сокращается трудоемкость литейных работ и дальнейшей механической обработки корпуса.
Рис. 4.5. Эскиз четырехразъемиой пресс-формы.
При литье небольшого количества деталей используют способ литья по выплавляемым моделям. Этот способ изготовления отливок трудоемок и дорог. Однако его применение оправдано при получении точных отливок без последующей механической обработки, при изготовлении деталей со сложной и трудоемкой механической обработкой, при использовании труднообрабатываемых сплавов.
В объединении «Электросила» работает участок литья по выплавляемым моделям сложных деталей турбо- и гидрогенераторов.
Сначала изготавливают металлическую или пластмассовую пресс-форму. В печах расплавляют легкий сплав. Наиболее часто применяют смесь: 50 % парафина и 50 % стеарина. Сплав заливают в пресс-форму. После затвердевания сплава пресс-форму раскрывают и достают отливку, которая является моделью с точными размерами. Модели собирают в блок с общей летниковой системой и погружают в огнеупорную суспензию, состоящую из 30 % гидролизованного раствора этилсиликата и 70 % кварцевой муки. Затем блок моделей посыпают сухим песком и сушат на воздухе. Повторяя эти операции несколько раз, получают форму толщиной 5—8 мм. Модель выплавляется из формы паром или горячей водой, форма просушивается и прокаливается до температуры 850—900 °С. При этом форма превращается в прочную керамическую оболочку. Затем форму заливают расплавленным сплавом. После затвердевания металла керамическую корку отбивают и получают отливку с точными размерами.
