v     Преимущества.

Ø      Повышенная точность геометрических размеров (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø      Снижение шероховатости поверхностей отливок (по сравнению с литьем в ПФ).

Ø      Снижение припусков на механическую обработку на 10-20%.

Ø      Лучше санитарно-гигиенические условия.

Ø      Мелкозернистая структура отливок( > прочность).

v     Недостатки.

Ø      Сложность изготовления кокилей, их ограниченный срок службы (особенно при литье черных сплавов).

Ø      Неподатливость кокиля и металлических стержней.

Ø      Затруднен вывод газов из полости формы.

Ø      Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления

Ø      Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса.

Ø      Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы - делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

Ø      Неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

Литье в оболочковые формы

v     Сущность процесса заключается в применении тонкостенных разъемных разовые формы, изготовленных из формовочной смеси. Формовочные смеси изготавливают из мелкозернистого кварцевого песка, перемешанного с термореактивной смолой. Модельную плиту нагревают до температуры 200-250 градусов. На ее поверхность наносят разделительную смазку. Формовочную смесь наносят на на модельную плиту и выдерживают 10-30 секунд; от теплоты модельной плиты термореактивная смола переходит в жидкое состояние, склеивая песчинки с образованием песчано-смоляной оболочковой формы (толщиной 5-10 мм) в зависимости от времени выдержки. При этом  смола твердеет. Готовые оболочковые формы снимают с металлической модели и, если они разъемные, то их склеивают. В собранные оболочковые формы заливают металл. Литьем в оболочковые формы получают ребристые цилиндры, коленчатые валы и т.д. Способ применяют для стальных, и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве. Формовочная смесь состоит из мелкозернистого песка (размер зерна 0,25...0,06мм) и термореактивной смолы - пульвербакелита. Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80...40 мкм, и точность - 12...14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.

v     Преимущества способа.

Ø      Расход формовочной смеси в 8-10 раз меньше, чем при литье в песчаные формы.

Ø      Припуски составляют 0.5-1.5 мм.

v     Виды.

Ø      Бункерный.

Ø      Прессования через резиновую диафрагму.

Ø      Пескодувный.

v     Технология изготовления оболочковой формы  начинается с нанесения пульверизатором на металлическую модельную плиту разделительного состава, облегчающего снятие оболочки. Затем модельную плиту нагревают в электрической печи до температуры 200...220 °С, устанавливают над бункером и закрепляют моделью вниз. Бункер переворачивают на 180°, и формовочная смесь падает на нагретую модельную

Схема изготовления оболочковых форм:

Модельная плита с оболочковой полуформой и собранная форма:

плиту при выдержке в течение 20...30 с смола плавится и, обволакивая тонкой пленкой мелкие зерна песка, образует оболочку толщиной б...8 мм. Бункер возвращают в исходное положение, и непрореагировавшая формовочная смесь падает на его дно. Снятую с бункера модельную плиту с непрочной оболочкой отправляют в электрическую печь с температурой около 350 °С. Здесь смола в течение 90...180 с полимеризуется и необратимо твердеет, образуя прочную оболочковую полуформу. По такой же технологии изготавливают другую полуформу.

Для снятия готовой оболочковой полуформы модельная плита 1 с закрепленной полумоделью 3 снабжена толкателями 4, находящимися на уровне плиты, и толкателями 2, которые выступают из нее и образуют в полуформе углубления. На другой модельной плите (здесь не показано) толкатели расположены на несколько миллиметров ниже плоскости разъема, чтобы образовать выступы на второй полуформе против углублений на первой. С помощью этих выступов и углублений фиксируют положение полуформ при сборке оболочковой формы. При нажатии на плиту 6 толкатели снимают полуформу 5 с модельной плиты. В одной из полуформ на стержневые знаки устанавливают стержень, закрывают другой полуформой, скрепляют их скобами, струбцинами или  склеивают по плоскости разъема. Собранную оболочковую форму 7 помещают в. металлический ящик 8, засыпают крупным песком или чугунной дробью 9 и заливают металлом. К моменту полной кристаллизации металла отливки смола из смеси выгорает, форма и стержни разупрочняются и легко разрушаются, освобождая отливку при выбивке.

Шликерное литье в гипсовой форме

Шликерное литье представляет собой формообразование находящегося в жидкой фазе парафиново-воскового шликера на основе керамического порошка. Формообразование заготовок производится в пресс-формах. Рассмотрим два примера пресс-форм для шликерного литья.

Конструкция пресс-формы для литья трубчатых заготовок, в том числе пьезокерамических элементов (ПЭ) (рис. 5) должна обеспечивать наряду с точным формообразованием также возможность удаления отливки из полости пресс-формы. Поэтому матрица пресс-формы изготавливается сборной, состоящей из двух полуматриц 4 с вертикальной плоскостью разъема. Полуматрицы замыкаются двумя кольцами 1 с базирующими буртиками. На нижнем кольце выполнено литниковое отверстие, взаимодействующее с питающей трубкой литьевой машины, а на верхнем кольце имеется точное отверстие – вспомогательная база для установки стержня 3, оформляющего отверстие трубчатого ПЭ. Для упрощения сборки и разборки пресс-формы между стержнем и верхним кольцом устанавливается накидная шайба 2.

Шликерное литье сферических ПЭ производится с использованием пресс-формы многоместной конструкции (рис. 6), имеющей горизонтальную плоскость разъема. Полости под отливки образованы сочетанием поверхностей точных углублений в матрице 1 и стержней 2.

Оборудованием для реализации операции шликерного литья является литьевая машина (рис. 7).

Каркас 1 литьевой машины изготовлен из уголковой стали и обшит стальным листом толщиной 1,5 мм. К каркасу крепится стальная плита 9, на которой осуществляется монтаж основных сборочных единиц: шликерного бака 2, механизма прижима пресс-формы 6, ограждение 7, электромагнитного клапана 4, контактного термометра 3, механической мешалки 5 с электродвигателем, блока электрического управления (на рис. 7 он не показан).

Шликерный бак состоит из собственно бака загрузки шликера, питателя 12, кожуха и крышки со встроенной в неё мешалкой. В крышке бака имеется отверстие под питатель. Для дополнительного подогрева шликера на выходе трубчатого питателя установлен дополнительный нагреватель 11 из нихромовой проволоки.

Шликерный бак устанавливается в прорези плиты крышки и уплотняется с помощью вакуумной резины тремя эксцентриковыми зажимами. Для обеспечения равномерного подогрева шликера пространство между шликерным баком и кожухом заполняется жидкостью (глицерином), которая подогревается установленным под шликерным баком трубчатым нагревателем 13 мощностью 2кВт.

Механизм прижима пресс-формы состоит из двух вертикальных стоек, на которых установлена подъемная плита 8 прижима. Ограждение, представляющее собой щиток из оргстекла, служит для предохранения оператора от ожогов горячей массой в случае её разбрызгивания.

Блок электрического управления смонтирован на шасси и служит для регулирования подачи сжатого воздуха через электромагнитный клапан, для поддержания определенной температуры шликера с помощью системы автоматического регулирования, датчиком которой является контактный термометр, а также для питания электродвигателя и электронагревателя.

Для вакуумирования шликерный бак с расплавленным шликером соединяется с вакуумным насосом. В течение 1,5...2 ч из бака откачивают воздух, одновременно работает механическая мешалка. По окончании вакуумирования вакуумный шланг перекрывают, а рабочий цикл начинается с того, что открывают доступ сжатого воздуха через электромагнитный клапан в шликерный бак и в полость мембранной пневмокамеры механизма прижима пресс-формы. Сжатый воздух, поступающий в полость шликерного бака, выдавливает разогретый жидкий шликер из бака через питатель в пресс-форму 10. При выключении электромагнитного клапана прекращается доступ воздуха из сети в клапан, а давление воздуха в шликерном баке и пневмокамере механизма прижима пресс-формы падает, поскольку воздух из шликерного бака уходит в атмосферу. Этим заканчивается рабочий цикл.

Центробежное литье

Центробежное литьё, способ литья в быстро вращающуюся металлическую форму. Расплавленный металл под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам формы и затвердевает, образуя пустотелую отливку (трубку, втулку, кольцо) без стержня. Различают центробежное литье с разными осями вращения; заливаемые формы - песчаные, металлические, по выплавляемым моделям, оболочковые.

Внешняя поверхность отливки оформляется формой под действием центробежной силы при V=3-8 м/с. Под действием центробежной силы происходит направленное затвердевание металла и вытеснение газовой и усадочной пористости. Качество деталей может сильно пострадать из-за образования усадочных раковин. Отлитый в форму металл начинает затвердевать с наружных слоев, и некоторое время поверхность отливки представляет собой как бы твердую корку, под которой имеется жидкий металл. Она (корка) отделяется от еще расплавленного металла, находящегося в глубине кюветы который, уменьшаясь в объеме, не заполняет целиком всего пространства формы.

Литье намораживанием

v                     Сущность процесса заключатся в том, что жидкий металл из разливочного ковша через металлопровод 1 и соединительный стакан 2 подают в водоохлаждаемый кристаллизатор 3. Образовавшуюся трубную отливку 5 циклически извлекают вверх при помощи подвижной части кристаллизатора 4. Отличительной особенностью этой схемы является сифонный подвод металла к кристаллизатору, отсутствие стержня и извлечение отливок вверх.

v     Область применения

Ø                      Получение сплошных и полых цилиндрических заготовок из серого чугуна, чугуна с шаровидным графитом и белого высокохромистого.

Литье под низким давлением

v     Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением. Заполнение полости происходит при высокой скорости впуска металла, которая обеспечивает высокую кинетическую энергию, поступающего в форму металла.

Скорость выпуска при литье под давлением в зависимости от типа отливки и сплава может быть в пределах от 0,5 до 120 м/с. Различают три способа литья под давлением.

v     Виды.

Ø      Литье с низкими скоростями впуска (0,5-2,5 м/с), обеспечивающее заполнение формы сплошным ламинарным потоком. Применяют этот способ для изготовления толстостенных отливок из алюминиевых сплавов и латуней.

Ø      Литье со средними скоростями впуска (2-15 м/с), обеспечивающее турбулентное движение расплавленного металла, при котором в результате срыв струй захватываются в поток металла пузырьки воздуха, оттесняемые затвердевающим сплавом к середине отливки. Это создает воздушную пористость, которую удалить почти невозможно,  но можно уменьшить под действием высокого давления. Изготовляют при этом отливки средней сложности.

Ø      Литье с высокими скоростями впуска (более 30 м/с), обеспечивает заполнение только в режиме турбулентного течения истока расплава, но и со значительным его распылением, результатом которого является еще больший объем захваченного в полость отливки воздуха, для уменьшения воздушной пористости и в этом случае создают высокое давление [до 500МПа(н/мм2)] Этот способ применяют для тонкостенных отливок сложной конфигурации.

v     Требования к литейным сплавам для литья под давлением.

Ø     Достаточная прочность при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании.

Ø      Минимальная усадка.

Ø      Высокая жидкотекучесть при небольшом перегреве.

Ø      Небольшой интервал кристаллизации.

Этим требованиям удовлетворяют сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.

v     При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы. Точность зависит от точности изготовления формы, обычно форму изготовляют на 1-2 квалитета точнее детали. Выше указана экономически достижимая в производстве точность.

v     Шероховатость поверхности отливки зависит от шероховатости поверхности рабочей поверхности формы, продолжительности ее эксплуатации и материала отливки. Обычно рабочую поверхность формы полируют (при этом достигают параметр Ra=0,16 мкм). При литье до 500 отливок получают шероховатость поверхности Ra=1,25-0,63 мкм - для отливок из цинковых сплавов. Ra =2,5-1,25 мкм  - для отливок из алюминиевых сплавов и Ra =2,5- Rz мкм - для медных сплавов, а при изготовлении 10000 отливок соответственно получают Ra =2,5-1,25 мкм, Ra =2.5 - Rz =20 мкм, Rz = 160-80 мкм.

v     При питье под давлением механические свойства неравномерны по толщине отливки и отличаются в лучшую сторону по сравнению с этими свойствами отливок полученных другим способом. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с мелкозернистой структурой, толщина которой не более 1-1-1,5мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность (на 20-30%).

v     Важным показателем качества является пористость, вскрываемая при механической обработке и являющаяся причиной брака. Так как пористость всегда имеет место при литье сложных тонкостенных деталей, то необходимо применять конструктивные меры для предупреждения вскрытия пор. В этом случае для уменьшения влияния воздушной пористости на качество необходимо устранять механическую обработку отливок, предусматривать отливку отверстий. А при необходимости механообработки назначать припуск не более 0,5 мм.

v     Преимущества.

Ø      Автоматизация трудоемкой операции заливки формы.

Ø      Возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы изменением давления в камере установки.

Ø      Улучшение питания отливки.

Ø      Снижение расхода металла на литниковую систему.

v     Недостатки.

Ø      Невысокая стойкость части металлопровода, погруженной в расплав, что затрудняет использование способа литья для сплавов с высокой температурой плавления.

Ø      Сложность системы регулирования скорости потока расплава в форме, вызванная динамическими процессами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом, нестабильностью утечек воздуха через уплотнения, понижением уровня расплава в установке по мере изготовления отливок.

Ø      Возможность ухудшения качества сплава при длительной выдержке в тигле установки.

Ø      Сложность эксплуатации и наладки установок.

Литье под давлением

v     Сущность процесса заключается в получении отливок путем заливки расплавленного металла в металлическую форму (пресс-форму) под принудительным внешним давлением от 30 до 100Мпа. Конечное давление на расплав может достигать 490Мпа. Давление снимается после полного затвердевания отливки в пресс-форме.

v     Материалы и оснастка.

Ø      Пресс-форма.

Ø      Смазка (машинное масло).

Ø      Прессующая машина.

v     Основные технологические операции.

Ø      Очистка пресс-формы.

Ø      Нагрев пресс-формы до 120…220°С и покрытие поверхности смазкой.

Ø      Сборка пресс-формы.

Ø      Залив расплавленного металла в камеру прессования и запрессовка расплава под давлением в полость пресс-формы.

Ø      Охлаждение и затвердевание отливки под внешним давлением.

Ø      После затвердевание отливки внешнее давление снимается и извлекается отливка.

v     Область применения. Используется для изготовления отливок цветных металлов сложной конфигурации с тонкими стенками массой до 45кг. Применяется в машиностроении.

v     Преимущества.

Ø      Получают сложные тонкостенные отливки.

Ø      Низкая шероховатость поверхности, следовательно, снижается механическая обработка отливок на 90-95%.

Ø      Высокая точность геометрических размеров.

Ø      Мелкозернистая структура.

Ø      Улучшенные санитарно-гигиенические условия.

v     Недостатки.

Ø      Высокая стоимость пресс-формы, сложность ее изготовления.

Ø      Наличие газовоздушной пористости.

Ø      Ограничение номенклатуры получения отливок по размерам и массе.

 Литье по выплавляемым моделям

v     Сущность процесса заключается в изготовлении отливок заливкой расплавленного металла в тонкостенные, неразъемные, разовые литейные формы, изготовленные из специальной огнеупорной смеси по разовым моделям. Разовые выплавляемые модели изготовляют в пресс-формах из модельных составов. Перед заливкой модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием и т.д. Для устранения остатков модельного состава и упрочнения форма нагревается и прокаливается. Заливка осуществляется в разогретые формы для улучшения наполняемости.

v     Материалы и оснастка.

Ø      Модельная форма состоит из модельного состава(парафин, стеарин, церезин, канифоль и т.д.).

Ø      Формовочная смесь: 2ч. пылевого кварца, 1ч. связующего материала.

Ø      Пресс-форма для изготовления моделей.

Ø      Литейная форма.

Ø      Вибрационная установка.

v     Основные технологические операции изготовления форм и отливок.

Ø      Приготовление модельного состава.

Ø      Изготовление моделей отливки и элементов литниковой системы или секции моделей.

Ø      Сборка моделей или секций моделей в блоки.

Ø      Изготовление литейной формы.

Ø      Подготовка литейных форм к заливке и заливка металла в горячую форму.

Ø      Затвердевание и охлаждение отливки в форме.

Ø      Снятие формы с отливки.

v     Область применения. Этим способом можно отливать изделия из различных сплавов любой конфигурации 1…5 групп сложности массой от нескольких грамм до 250кг с толщиной стенок от 1мм. Припуск на механическую обработку составляет 0.2-0.7мм. Применяется в различных областях машиностроения.

v     Преимущества.

Ø      Можно получать отливки из тугоплавких изделий.

Ø      Получают конфигурации отливок 1…5 групп сложности.

Ø      Высокая точность геометрических размеров и малая шероховатость поверхности.

v     Недостатки.

Ø      Длительность процесса.

Ø      Дороговизна.

Экструзия

Экструзия это непрерывный технологический процесс, заключающийся в продавливании материала, обладающего высокой вязкостью в жидком состоянии, через формующий инструмент (головку), с целью получения изделия с поперечным сечением нужной формы. В промышленности переработки полимеров методом экструзии изготавливают различные погонажные изделия, такие, как трубы, листы, пленки, оболочки кабелей и т. д. Основным технологическим оборудованием для переработки полимеров в изделия методом экструзии являются одно - и многочервячные экструдеры. Главным требованием, предъявляемым к червячным машинам, является гомогенизация расплава, как по массе, так и по температуре при максимальной производительности и равномерное распределение различных добавок.

Экструзией можно получать непрерывные изделия — пленки, профили самого разнообразного типа, листы, трубы и шланги, а также объемные изделия. Масса погонного метра изделий, полученных методом экструзии, может составлять от нескольких граммов до 100 кг и более; получены пленки шириной до 25 м и трубы диаметром до 1,2 м.

Недостатки экструзии — сложность управления процессом и высокая стоимость оборудования.

Экструзия является одним из самых дешевых методов производства широко распространенных пластических изделий, таких, как пленки, волокна, трубы, листы, стержни, шланги и ремни, причем профиль этих изделий задается формой выходного отверстия головки экструдера. Расплавленный материал при определенных условиях выдавливают через выходное отверстие головки экструдера, что и придает желаемый профиль. Схема простейшей экструзионной машины показана на рис.8.

Рис 8. Схематическое изображение простейшей экструзионной машины

1 — загрузочная воронка; 2 - шнек; 3 - основной цилиндр; 4 — нагревательные элементы; 5 — выходное отверстие головки экструдера, а — зона загрузки; б — зона сжатия; в - зона гомогенизации

В этой машине порошок или гранулы компаундированного пластического материала загружают из бункера в цилиндр с электрическим обогревом для размягчения полимера. Спиралевидный вращающийся шнек обеспечивает движение горячей пластической массы по цилиндру. Поскольку при движении полимерной массы между вращающимся шнеком и цилиндром возникает трение, это приводит к выделению тепла и, следовательно, к повышению температуры перерабатываемого полимера. В процессе этого движения от бункера к выходному отверстию головки экструдера пластическая масса переходит три четко разделенные зоны: зону загрузки (а), зону сжатия (б) и зону гомогенизации.

Каждая из этих зон вносит свой вклад в процесс экструзии. Зона загрузки, например, принимает полимерную массу из бункера и направляет ее в зону сжатия, эта операция проходит без нагревания. В зоне сжатия нагревательные элементы обеспечивают плавление порошкообразной загрузки, а вращающийся шнек сдавливает ее. Затем пастообразный расплавленный пластический материал поступает в зону гомогенизации, где и приобретает постоянную скорость течения, обусловленную винтовой нарезкой шнека. Под действием давления, создаваемого в этой части экструдера, расплав полимера подается на выходное отверстие головки экструдера и выходит из него с желаемым профилем. Из-за высокой вязкости некоторых полимеров иногда требуется наличие еще одной зоны, называемой рабочей, где полимер подвергается воздействию высоких сдвиговых нагрузок для повышения эффективности смешения. Экструдированный материал требуемого профиля выходит из экструдера в сильно нагретом состоянии (его температура составляет от 125 до 350°С), и для сохранения формы требуется его быстрое охлаждение. Экструдат поступает на конвейерную ленту, проходящую через чан с холодной водой, и затвердевает. Для охлаждения экструдата также применяют обдувку холодным воздухом и орошение холодной водой. Сформованный продукт в дальнейшем или разрезается или сматывается в катушки.

Процесс экструзии используют также для покрытия проволок и кабелей поливинилхлоридом или каучуком, а стержнеобразных металлических прутьев — подходящими термопластичными материалами.

Список литературы

1)      Анурьев В.И., Справочник конструктора-машиностроителя: В3-х т. Т.1.-5-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1979. - 788 с.

2)      Анурьев В.И., Справочник конструктора-машиностроителя: В3-х т. Т.1.-6-е издание, перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 584 с ил.

3)      Дальский А.Н., Арутюнова И.А., Технология конструкционных материалов, Учебник. – М.: Машиностроение 1985. – 450 с.

4)      Дьячков В.Б., Специальные металлорежущие станки общемашиностроительного применения: справочник В.Б.Дьячков, Н.Ф.Кобатов, Н.У.Носинов., М.: Машиностроение 1983. – 288 с.

5)     www.cnit.susu.ac.ru

Страницы: 1, 2