Классификация литых заготовок. Способы литья

Литье – один из старейших способов получения заготовок (в ряде случаев

и готовых деталей) ракетно-артиллерийского вооружения. Первым литейным

заводом в России был пушечно-литейный завод («Пушечная изба»), построен-

ный в Москве в 1479 г.

Большой вклад в развитие литейного производства внесли русские мастера. Андрей Чохов отлил «царь-пушку» массой 21,2 т (1586 г.), Иван Моторин (1734 г.) – «царь-колокол» массой около 200 т. В 1860 г. инженером П. М. Обуховым был отлит стальной ствол 12-фунтовой пушки, который выдержал около 4000 выстрелов.

В производстве современного вооружения литье применяется для получения заготовок артиллерийских стволов, верхнего и нижнего станков, люлек, дульных тормозов, деталей минометов, реактивных установок, боевых машин пехоты, боеприпасов и многого другого.

Методом литья можно изготовить изделия самой сложной конфигурации, которые при помощи других способов обработки получить трудно или невозможно. Стоимость литой детали почти всегда ниже стоимости аналогичной детали, изготовленной другими методами.

Сущность и основные способы литья. Литье – формообразование из

жидкого (расплавленного) металла путем заполнения им полости заданной

формы и размеров с последующей кристаллизацией. Продукция литья называ-

ется отливкой.

Сущность литья сводится к получению жидкого металла нужного химсо-

става и заливке его в заранее приготовленную литейную форму.

В процессе кристаллизации и охлаждения залитого металла формируются ос-

новные механические свойства отливки, определяемые макро- и микрострукту-

рой сплава, его плотностью, наличием неметаллических включений, внутрен-

них напряжений и т. п.

Широкое применение литья обусловлено такими преимуществами, как

возможность изготовления отливок практически любой конфигурации массой

от долей грамма до сотен тонн; относительная простота и невысокая стоимость

технологической оснастки; возможность получения изделий из малопластич-

ных материалов (чугуны, силумины, литейные бронзы и латуни), переработка

которых другими способами затруднена или невозможна.

В принципе получить отливку можно из любого материала, однако для

получения изделий высокого качества применяют сплавы, обладающие необхо-

димыми литейными свойствами: достаточной жидкотекучестью, возможно ма-

лой усадкой, однородностью (малой склонностью к ликвации), легкоплавко-

стью, малой газопоглощаемостью, трещиноустойчивостью и некоторыми дру-

гими.

Жидкотекучесть – способность сплава воспроизводить рельеф литейной

формы. При недостаточной жидкотекучести форма заполняется не полностью

(недолив), и отливка бракуется. Высокой жидкотекучестью обладают силуми-

ны, серые (литейные) чугуны, кремнистые бронзы.

Усадка – уменьшение сплава в объеме и линейных размерах при затвер-

деваний. Линейная усадка выражается отношением :

k = (lф-lот)-100/lот %,

где lф и l от – размеры формы и отливки соответственно.

Сплавы должны иметь возможно меньшую усадку, т. к. она способству-

ет появлению усадочных раковин, пористости, напряжений, вызывающих ко-

робление отливок и трещин. Линейная усадка в среднем составляет: для серого

чугуна 1,0–1,3%,углеродистой стали 1,2 – 2,4%, легированной стали 2,5 – 3,0%,

силумина 1,0 – 1,5%, магниевых сплавов 1,0 – 1,6%, латуней

1,5 – 1,9%, оловянистых бронз 1,0 – 1,5%, безоловянистых бронз 1,6 – 2,2%.

Ликвация – неоднородность химического состава в различных частях от-

ливки. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава и ниже ско-

рости охлаждения, тем больше ликвация. По технологическим признакам ли-

тейное производство включает в себя ряд способов, классификация которых

определяется государственными стандартами. ГОСТ 18169–86 устанавливает

свыше 50 способов литья, среди которых наибольшее применение в производ-

стве получили: литье в песчаные формы (в землю), в оболочковые формы, в

металлические формы (кокили), по выплавляемым моделям, под давлением

воздуха или поршня, центробежное и некоторые другие.

Литье в песчаные формы. Литье в песчаные формы (литье в землю) –

процесс получения отливок путем свободной заливки расплавленного металла в форму, изготовленную из песка с добавлением глины, воды и небольшого ко-

личества специальных добавок.

Крупногабаритные отливки: дульные тормозы, корпуса редукторов меха-

низмов наводки, нижние и верхние станки, люльки обойменного (иногда и ко-

робчатого) типа, блоки цилиндров двигателей.

Модельный комплект. Модельный комплект – это совокупность техноло-

гической оснастки и приспособлений, необходимых для образования в форме по-

лости, соответствующей контурам отливки. В модельный комплект включают мо-

дели, модельные плиты, стержневые ящики и другие приспособления.

Литейная модель (рис.10 а) – приспособление, с помощью которого в ли-

тейной форме получают полость с формой и размерами, близкими к конфигура-

ции получаемой отливки. Модели бывают неразъемные, с отъемными частями и

др.

Модельная плита (рис.10 б) – металлическая плита с закрепленными на

ней моделями и элементами литниковой системы. Ее применяют, как правило,

при машинной формовке.

Стержневой ящик (рис.10 в) – приспособление, служащее для изготовле-

ния стержней. Стержневые ящики бывают цельные, разъемные, вытряхные и др.

Исходным документом для разработки чертежа модельно-литейных указаний яв-

ляется чертеж детали (рис.12 а), на котором указаны разъем модели и формы, по-

ложение отливки в форме при разливке, припуски на механическую обработку,

формовочные уклоны, число стержней, размеры стержневых знаков, границы

стержней и т. п. Оформление чертежей элементов литейной формы и отливки

осуществляется по ГОСТ 3.1125– 88.

Рис.10 . Модельный комплект: а– литейная модель; б–модельная плита; в –стержневой

ящик для корпуса вентиля: 1 – центрирующие шипы; 2 – стержневые знаки;

3 – центрирующие штыри; 4– металлическая плита; 5– модели отливок;

6 – модели элементов литниковой системы

Поверхность разъема модели и формы должна обеспечивать свободное из-

влечение модели из формы при минимальном числе стержней и отъемных частей.

При этом обрабатываемые поверхности отливки должны находиться преимуще-

ственно в нижней полуформе, что гарантирует получение плотной обрабатывае-

мой части отливки (рис.11 а).

Рис.11 . Чертежи: а–детали; б– элементов литейной формы для корпуса вентиля

На чертеже поверхность разъема модели и формы обозначают линией МФ

и стрелками направления верха В и низа Н (рис.11 б).

Припуск на механическую обработку I – слой металла, удаляемый в про-

цессе механической обработки отливки с ее обрабатываемых поверхностей для

обеспечения заданной геометрической точности и качества поверхностного слоя

детали. На чертеж припуск на механическую обработку наносят сплошной тонкой

линией. Перед знаками обработки цифрами указывают величину припуска в соот-

ветствии с ГОСТ 26645-85.

Формовочные уклоны 4 служат для удобства извлечения модели из формы

без ее разрушения и для свободного удаления стержня из стержневого ящика. Ук-

лоны выполняют в направлении извлечения модели из формы. Величину формо-

вочных уклонов выбирают по ГОСТ 3212–92 и указывают в чертеже.

Сопряжения стенок 5 в отливках выполняют скруглениями для облегче-

ния извлечения модели из формы, предотвращения появления трещин и усадоч-

ных раковин в отливках. Для получения отливки с заданными размерами ее мо-

дель должна быть больше отливки на величину усадки. Поэтому в чертеже литей-

но-модельных указаний показывают величину усадки в процентах.

При разработке чертежа элементов литейной формы обозначают все

стержни 3, форму и размеры стержневых знаков 2, границы стержней, указывают

плоскости набивки стержней, каналы для сбора газов и места их вывода из стерж-

ня. Конфигурация стержневых знаков и их размеры должны обеспечивать легкую

установку стержней в форму и их устойчивость. С этой целью предусматривают

специальные замки. Размеры стержневых знаков назначают по ГОСТ 3212–92 с

учетом размеров стержня, способа формовки и его положения в форме.

Модели и стержневые ящики для единичного и серийного производства из-

готовляют деревянными, а для массового производства – из чугуна, алюминиевых

сплавов, пластмассы. Металлические модели, модельные плиты и стержневые

ящики изготовляют из литых заготовок, полученных литьем в песчаные формы

по деревянным моделям. Заготовки затем обрабатывают на универсальных, то-

карных, фрезерных, шлифовальных, сверлильных и других станках. После обра-

ботки модели монтируют на заранее подготовленных плитах.

Металлические модельные плиты и стержневые ящики используют в мас-

совом и крупносерийном производствах. Они более долговечны, точны, имеют

малую шероховатость поверхности и не деформируются при хранении. Изготов-

ление литейных форм с применением металлических модельных плит и стержне-

вых ящиков обеспечивает большую точность и хорошее качество поверхности

отливок.

По чертежу отливки в модельном цехе делаются литейные модели и

стержневые ящики, размеры которых отличаются от размеров отливки на вели-

чину усадки .

Модель предназначена для получении и формовочной смеси отпечатка

отливки, а стержневой ящик – для изготовлении стержней, формирующих

внутренние полости в отливках. В мелкосерийном производстве применяют де-

ревянные модели и ящики; в серийном и массовом – чугунные, силуминовые

или пластмассовые.

На рис.12 показана модель, состоящая из двух половинок, имеющая зна-

ковые части. Знаки модели при формовке образуют углубления, в которых за-

крепляются песчаные стержни. Стержни, образующие внутреннюю полость от-

ливки, изготовляют в стержневых ящиках, сделанных также из двух половинок.

Рис.12 Литейная форма в сборе: 1– стержень; 2, 4 – верхняя и нижняя опоки;

3 – штырь; 5– выпор; 6 – канал для отвода газов; 7 – литниковая чаша;

8– стояк; 9– шлакоуловитель; 10 – питатель

Формовочную смесь, состоящую из песка (80–90 %), глины (12–8 %) и

других компонентов, добавляемых в небольших количествах, увлажняют во-

дой и засыпают в формовочные приспособления – опоки. Затем в опоку укла-

дывают половину модели, засыпают формовочной смесью и утрамбовывают на

вибpoмашинах или прессах. После извлечения модели получается полуформа,

Аналогично изготовляют и вторую полуформу, используя другую половинку

модели. В верхней полуформе предусматривают систему литниковых каналов

7, 8, 9, 10 (рис.12) для заливки металла, а также выпор 5 для выхода газов из

полости формы.

После установки стержня I производят сборку полуформ, устанавливая

верхнюю опоку 4 на нижнюю 2 и фиксируя контрольными штифтами 3.

Для лучшей вентиляции (газопроницаемости) формы в ее обеих половин-

ках делаются наколы.

После заливки формы и затвердевания отливки литейную форму разруша-

ют, извлекают отливку и освобождают ее и опоки от формовочной смеси.

Отрезку элементов литниковой системы (стояков, выпоров, питателей и

др.) выполняют на фрезерных, шлифовальных станках или газовой резкой.

Для экономии материалов отработанную формовочную смесь и обрезки

металла регенерируют.

Основные достоинства процесса – невысокая стоимость технологиче-

ской оснастки, возможность получать любые по массе и размерам отливки.

Недостатки: низкая точность размеров (14 – 16 квалитеты); большая ше-

роховатость поверхности (Rz 320 и грубее); крупнозернистая дендритная струк-

тура отливки с невысокими механическими свойствами.

Основными причинами низкой точности размеров и формы являются: на-

личие разъема в форме; осыпание формовочной смеси при транспортировке и

заливке; расталкивание модели при выемке; податливость формы.

Тем не менее в ряде случаев литье в землю является незаменимым способом

получения рациональных заготовок деталей военной техники и вооружения.

Оболочковое литье. Этот способ является разновидностью литья в разо-

вые песчаные формы. Сущность процесса заключается в том, что форма изго-

товляется из смеси мелкозернистого кварцевого песка (92 – 97%) и порошка

фенолоформальдегидной (бакелитовой) термореактивной смолы

(3 – 8%). Особенностью этой смеси является ее способность при нагреве до 100

– 120°С плавиться, а при дальнейшем нагреве свыше 160 С необратимо затвер-

девать и образовывать тонкую (6–12 мм), прочную, газопроницаемую оболочку

(корку).

В производстве военной техники оболочковое (корковое) литье применя-

ют для получения коленчатых валов двигателей САУ, тягачей, танков, мото-

циклов; опорных и поддерживающих катков гусеничных машин; зубчатых ко-

лес и других деталей.

Техпроцесс изготовления оболочковых литейных форм бункерным (наи-

более производительным) способом складывается из следующего (рис.13):

–изготовляется металлическая модель 4 с учетом того, что модель в про-

цессе формовки нагревается;

–нагретая до 250°С модель закрепляется на бункере 1 скобами 3 (позиция

I) и поворачивается на 180° (позиция II); формовочная смесь попадает на нагре-

тую модель;

–термореактивная смола плавится и склеивает частички песка, образуя по-

ка еще рыхлую (полусырую) корочку; толщина оболочки регулируется време-

нем выдержки за 15 – 20 с образованием корки толщиной 8 – 12мм.

Бункер возвращается в исходное положение (позиция 3), лишняя формо-

вочная смесь ссыпается вниз, а модель с оболочкой помещается на 2 – 3 мин в

печь, где при температуре 250 – 300°С происходит окончательное спекание

оболочки. Аналогично получают вторую полу форму, полуформы склеивают

или скрепляют зажимами, предварительно проставив песчаные стержни, и по-

дают под заливку. Крупные оболочки перед заливкой устанавливают в ящики и

засыпают дробью или песком.

Для извлечения отливки после затвердевания сплава форму разрушают

(рис.13).

Рис.13 . Бункерный способ изготовления оболочковых полуформ

Преимущества литья в оболочковые формы по сравнению с литьем в зем-

лю: более высокая точность (12 – 14 квалитеты) и качество поверхности

(Rг 160–40); высокая газопроницаемость оболочек (поскольку нет глины), что

существенно снижает брак по газовым пузырям и раковинам; меньше расход

формовочной смеси (в 20–30 раз); процесс легко механизировать и автоматизи-

ровать; высокая производительность формовки (до 500 оболочек в час).

Недостатки: ограниченная масса отливок (до 300 кг, наиболее экономич-

но до 50 – 80 кг); большая стоимость формовочных материалов за счет высокой

стоимости смолы.

Литье по выплавляемым моделям. Это один из наиболее точных спосо-

бов литья. Сущность способа состоит в том, что формовка ведется по модели из

легкоплавкого состава (парафин, стеарин, церезин, воск, их смеси и т. п.), кото-

рая покрывается тонкой керамической оболочкой. Впоследствии модель вы-

плавляется, а полость оболочки заливается металлом.

Литье по выплавляемым моделям нашло широкое применение. Данный

способ применяется также при изготовлении деталей приборов, охотничьих

ружей, измерительного и режущего инструмента, зубчатых колес, художест-

венных и ювелирных изделий и многих других деталей. Схема литья по вы-

плавляемым моделям показана на рисунке 14.

а, б - модель в стальных пресс–формах в - модель литниковой системы

г -модель с кварцевым песком д - форма с расплавленным металлом

Рис.14 . Схема литья по выплавляемым моделям

Изготовление моделей производится в стальных пресс–формах (рис.14 а,

б) путем запрессовки в них модельного состава. Широкое применение нашли

составы ПС50–50 (50% парафина и 50% стеарина) и некоторые другие. Темпе-

ратура плавления этих составов 50–58 °С. Поверхность пресс–форм подвергают

цементации, закалке до HRC 50 и хромированию.

Мелкие модели собирают в блоки, припаивая их нагретым ножом к об-

щей модели литниковой системы для уменьшения отходов металла (рис.14 в). В

один блок объединяют от 2 до 100 моделей.

Литейные формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением

модельного блока в керамическую суспензию, налитую в емкость, с последую-

щей обсыпкой кварцевым песком. Суспензию приготовляют тщательным пере-

мешиванием огнеупорных материалов (пылевидного кварца, электрокорунда,

циркона и др.) со связующим – гидролизированным раствором этилсиликата.

После стекания с моделей излишков суспензии их обсыпают кварцевым песком

или крошкой шамота в псевдоожиженном слое и сушат. Обычно керамическая

оболочка состоит из 3 – 8 последовательно нанесенных слоев общей толщиной

от 2 до 6 мм.

Выплавление моделей производят либо в ваннах с горячей водой

(85 – 90 С), либо горячим воздухом (паром). Возврат модельного состава со-

ставляет 90 – 95 %. Готовую форму прокаливают при температуре 850 –

900°С; при этом остатки модельного состава выгорают, поверхность формы

становится гладкой, прочной и твердой.

Формы заливают металлом сразу же после прокаливания (горячими). Для

крупных отливок форму помещают в ящик и засыпают песком или дробью.

После затвердевания металла керамическую корку отбивают. Для удале-

ния керамики в отверстиях и внутренних каналах отливки подвергают выщела-

чиванию при 120°С с последующей промывкой и сушкой.

Основное достоинство рассмотренного способа литья в том, что форма не

имеет разъемов, и точность размеров отливки будет существенно выше (10 – 12

квалитеты), чем при литье в песчаные формы, так как здесь исключены основ-

ные причины потери точности. Шероховатость поверхности отливки по-

лучается низкой благодаря применению кварцевой муки (Rг не более 40 мкм).

В промышленности применяют следующие способов получения отливок:

Литье по выжигаемым моделям. При этом способе модель не выплавляют

из формы, а выжигают. Модель изготовляют из пенополистирола и заформовы-

вают. Не извлекая модели, форму заливают жидким металлом. Модель при со-

прикосновении с расплавленным металлом испаряется, и металл занимает то

пространство, где была модель.

Литье по растворяемым моделям. В этом случае модель изготовляют из

солей (NaNO3, KNО3 и др.). После изготовления литейной формы модель рас-

творяют в воде.

Литье по замороженным моделям. Модель изготовляют из водных рас-

творов солей или ртути. Жидкий раствор заливают в штамп и замораживают.

После формовки модель удаляют из формы нагреванием.

Литье в кокиль. Литье в кокиль – процесс получения отливок путем сво-

бодной заливки металла в многократно используемые металлические литейные

формы – кокили.

Рис.15 . Кокиль для отливки корпуса, снаряда

Кокиль представляет собой металлическую (чугунную, стальную) разъем-

ную литейную форму (рис.15 ). Точность сборки частей кокиля обеспечивается

центрирующими штырями 2; подвод металла в полость формы 6 осуществля-

ется по литнику 5. Заполнение формы металлом контролируется по выпору 7.

Газы из формы отводятся через выпор и специальные газовые каналы глубиной

0,2 – 0,5 мм вдоль разъема формы (на рисунке не показаны). Полости в отлив-

ках получают с помощью стержней (песчаных или металлических).

Способ литья в кокиль имеет ряд преимуществ перед литьем в разовые

формы: металлическая форма выдерживает большое количество заливок (от 82

нескольких сотен до сотен тысяч в зависимости от температуры заливаемого

сплава); высокая точность (11 – 12 квалитет) и качество поверхности (Rz 40);

мелкозернистая структура металла, вследствие повышенного теплоотвода фор-

мы, что приводит к существенному повышению механических свойств.

Литью в кокиль присущи и некоторые недостатки: большая стоимость

формы (особенно сложной); повышенная теплопроводность формы может при-

вести к быстрой потере жидкотекучести сплава (недолив) и получению отбела у

чугуна (ледебуритный цементит); при отливке стальных деталей форма имеет

невысокую стойкость.

Техпроцесс литья в кокиль состоит из следующих операций:

–Подготовка кокиля к заливке (обдув сжатым воздухом, нанесение на ра-

бочую поверхность формы слоев облицовки и краски). Огнеупорная облицовка

слоем 0,3 – 0,8 мм наносится через каждые 50 - 100 заливок; тонкий слой мело-

вой краски - перед каждой заливкой (для повышения стойкости формы).

–Сборка кокиля с установкой стержней.

–Нагрев формы до 100–500°С для предотвращения снижения жидкотеку-

чести заливаемого сплава. Практически в процессе работы форма постоянно

поддерживается в нагретом состоянии,

– Заливка металла в форму.

– Извлечение отливки в горячем состоянии с помощью выталкивателей

или вытряхиванием.

– Обрубка и очистка литья.

Все операции литья в кокиль могут быть механизированы. В обычных ли-

тейных машинах механизированы открывание и закрывание форм, установка

стержней, выемка (выбивка) отливок.

Литье под давлением. Литье под давлением – процесс получения отли-

вок в металлических формах (пресс–формах), при котором заливка металла и

формирование отливки осуществляются под давлением воздуха или поршня.

Сущность процесса заключается в заливке расплавленного металла в ка-

меру сжатия литейной машины и последующей перегонке его через литнико-

вую систему в полость формы. Заполнение формы происходит при высокой

скорости потока (большой кинетической энергии струи), что способствует чет-

кому оформлению поверхностей отливок самой сложной конфигурации.

В артиллерийском производстве литьем под давлением получают детали

гидроприводов , электрооборудования, распределительных коробок, приборных

плат и др. Очень широкое применение способ нашел в артиллерийском при-

боростроении благодаря следующим преимуществам: возможность получения

сложных (в том числе армированных.) отливок с тонкими стенками (от 0,8 мм),

с готовыми отверстиями, мелкими резьбами и надписями; высокая точность

размером (8 – 12 квалитеты) и качество поверхности (Rz=l2,5 - 2 мкм); высокая

производительность; возможность автоматизации процесса; высокие механиче-

ские свойства отливок.

К числу недостатков следует отнести: высокую стоимость технологиче-

ской оснастки; образование, пористости в массивных отливках

из-за перемешивания жидкого металла с воздухом при высоких скоростях за-

ливки. Поэтому применение рассматриваемого способа, литья наиболее целе-

сообразно для получения сложных отливок с тонкими (до 6 мм) стенками, при-

чем наилучшее качество обеспечивается при толщине стенок 1,5 – 3 мм.

При литье под давлением металлические формы (пресс–формы) по конст-

рукции более сложны, чем кокили. Для образования внутренних полостей в от-

ливках применяются металлические стержни (применение песчаных стержней

исключается).

Машины для литья под давлением имеют два основных механизма: меха-

низм открывания и закрывания формы и механизм, запрессовывающий рас-

плавленный металл в форму. Различают следующие типы машин: поршневого

действия (с горячей и холодной камерами сжатия) и компрессорного действия

(с подвижной и неподвижной камерами сжатия). Наибольшее распространение

получили машины поршневого типа, так как в компрессорных машинах давле-

ние осуществляется сжатым воздухом и жидкий металл взаимодействует с ки-

слородом и азотом воздуха, что снижает его качество.

Машины поршневого типа с горячей камерой сжатия (рис. ) применяют

для сплавов, имеющих температуру плавления до 450°С (цинковые, оловянные,

свинцовые и т. п.) (рис.16).

Рис. 16. Схема поршневой машины с горячей камерой прессования

Металл заливается в непрерывно подогреваемый тигель 1. При работе

прессующего цилиндра 3 поршень 4 опускается, перекрывает отверстие 8, через

которое расплавленный металл поступает в камеру прессования 2. Под давле-

нием поршня металл поднимается по каналу 7 и через мундштук 6 заливается в

форму 5. Машины могут иметь гидро- или пневмопривод, просты по устройст-

ву, высокопроизводительны и могут полностью автоматизироваться, но при за-

ливке сплава, нагретого выше 5000

С, между стенками поршня и цилиндр обра-

зуются пленки оксидов, что вызывает частые остановки машины.

Для получения отливок из более тугоплавких сплавов (медных, алюминие-

вых, магниевых и др.) применяются машины с холодной камерой сжатия

(рис.17). После заливки дозы металла в камеру прессования 2 поршень 1 опус-

кается и, надавливая на пятку 4, открывает литниковое отверстие. Металл за-

прессовывается в форму 3. Когда металл затвердевает, пятка 4 поднимается и

срезает остаток 5, освобождая тем самым выход отливки 6 вместе с литником.

Форма раскрывается, отливка удаляется, после чего цикл повторяется.

а – заливка б – прессование в – раскрытие формы

Рис.17 . Схема холодной вертикальной камеры сжатия

Центробежное литье. Центробежное литье– процесс получения отли-

вок путем заливки расплавленного металла во вращающуюся форму, при кото-

ром формирование отливки происходит под действием центробежных (инерци-

онных сил). Внешняя поверхность отливки оформляется формой (она называет-

ся изложницей), а внутренняя получается под действием центробежных сил.

Форму вращают до полного затвердевания металла. Теоретические основы

центробежного литья были разработаны Д. К.Черновым в 1878 г., практиче-

ское использование способа началось в 1909 г. на Путиловском заводе для из-

готовления стальных артиллерийских труб (стволов) и корпусов снарядов.

Форма (изложница) приводится во вращение на специальных машинах для цен-

тробежного литья с вертикальной, горизонтальной или наклонной осями вра-

щения. На машинах первого типа (рис.18 а) отливают в основном детали вра-

щения, имеющие небольшую высоту (не более 500 мм): втулки, кольца, венцы

червячных и зубчатых колес, корпуса снарядов, мин и т. п.

Рис.18 . Схемы центробежного литья

Внутренняя поверхность отливки получается без стержня и представляет

собой параболоид вращения, поскольку центробежная сила и сила тяжести действуют во взаимно перпендикулярных направлениях. Разностенность отливки по высоте тем больше, чем меньше скорость вращения формы.

При вращении формы вокруг горизонтальной оси (рис.18 б) отливка полу-

чается равностенной на любой длине (при достаточной скорости вращения),

поэтому по такой схеме получают длинные трубы, в частности заготовки для

орудийных стволов-моноблоков и свободных труб. По сравнению с другими

способами получения заготовок (ковкой и прокаткой) достигается большая

экономия дорогой стали, высокая производительность и сокращение объема

механической обработки при вполне удовлетворительных механических свой-

ствах.

Литье заготовок стволов осуществляется на специальных машинах типа

ЦМ-100 по следующему циклу (рис.18 в).

На этапе I производится разгон изложницы до рабочей частоты вращения

(500 – 1500 об/мин). Во вращающуюся на роликах 3 изложницу I вводится мел-

ко зернистый кварцевый песок, который под действием центробежных сил по-

крывает форму равномерным слоем около 5 мм (этап II – футеровка формы).

Затем производятся заливка формы (этап III) строго дозированным количеством

металла с помощью желоба 2, перемещающегося вдоль оси формы. После кри-

сталлизации охлаждения отливки до 700 – 800°С (этап IV) изложницу останав-

ливают (этап V). Из рисунка в видно, что время получения одной заготовки

ствола составляет 35 мин.

Центробежное литье по сравнению с литьем в неподвижные формы имеет

следующие преимущества: мелкозернистая структура отливок; меньшая за-

грязненность неметаллическими включениями и газами, так как последние вы-

тесняются к центру вращения и впоследствии удаляются механической обра-

боткой; для образования отверстий не требуются стержни; экономится металл

благодаря отсутствию литниковых систем, выпоров, прибылей и т. п. Недос-

татки способа: трудность получения точного размера отверстия; повышенная

ликвация сплава (устраняется диффузионным отжигом).

Центробежное литье применяют также для получения биметаллических

изделий из композиций типа: сталь – бронза, чугун – бронза, сталь – чугун,

сталь – сталь (разных марок) и т. п. Это достигается поочередной заливкой в

форму различных сплавов.

Основные дефекты литья и их исправление. дефекты отливок: короб-

ление (искажение формы отливки); пригар (прочное соединение поверхности

отливки с формовочной смесью); отбел; трещины; раковины газовые и усадоч-

ные; рыхлость и пористость (неплотная структура металла); механические по-

вреждения отливок (вмятины и забоины при выбивке и очистке литья); шлако-

вые включения; флокены; недолив и др.

Многие отливки, имеющие дефекты, не бракуются, если эти дефекты

можно исправить. Применяется целый ряд способов исправления дефектов.

Отливки, имеющие коробление или изгиб, подвергаются правке ударами

бойка молота, нажатием ползуна пресса и вручную ударным инструментом (мо-

лоток, кувалда). Раковины и трещины ремонтируют заливкой жидким металлом, наплав-

кой или заваркой (дуговой и газовой сваркой). Дефектное место предваритель-

но вырубается. Можно применять также ввертывание пробок.

Пористость в отливках устраняется пропиткой пор и пустот самотвердею-

щими материалами (асфальтовый и бакелитовый лаки, полистирол, жидкое

стекло и др.) или замазкой, твердеющими пастами.

Классификация литых заготовок. По условиям эксплуатации незави-

симо от способа изготовления различают отливки общего, ответственного и

особо ответственного назначений. К группе общего назначения относят отлив-

ки для деталей, не рассчитываемых на прочность. Конфигурация и размеры их

определяются только конструктивными и технологическими соображениями. К

группе ответственного назначения относят отливки для изготовления деталей,

рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках. От-

ливки особого ответственного назначения используют для изготовления дета-

лей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динами-

ческих нагрузках.

В зависимости от способа изготовления, массы, конфигурации поверх-

ностей, габаритных размеров, толщины стенок, количества стержней, назна-

чения и особых технических требований отливки делят на шесть групп слож-

ности.

Первая группа характеризуется гладкими и прямолинейными наружны-

ми поверхностями с наличием невысоких усиливающих ребер, буртов,

фланцев, отверстий. Внутренние поверхности – простой формы. Типовые

детали: крышки, рукоятки, диски, фланцы, муфты, колеса вагонеток, махо-

вики для вентилей и др.

Вторая группа характеризуется сочетанием плоских, цилиндрических и

криволинейных поверхностей с наличием ребер, буртов, бобышек, приливов,

отверстий. Внутренняя поверхность – простой формы со свободными (ми-

нимум двумя) выходами наружу. Детали представители: маховики со спица-

ми, корпуса патронов, зубчатые колеса, буксы, подпятники, корпуса редук-

торов и др.

К третьей группе относят детали коробчатой, цилиндрической формы в

сочетании с криволинейными поверхностями, ребрами, бобышками, флан-

цами с отверстиями и углублениями. Внутренние построения с незначи-

тельными выступами и углублениями на одной из поверхностей, с неболь-

шими по высоте ребрами, бобышками, со свободными широкими выходами

полостей на поверхность детали. Типовые детали: цилиндры ребристые,

шпиндели, зубчатые колеса с литым зубом, задние бабки, корпуса редукто-

ров массой не менее 500 кг и др.

Четвертая группа характеризуется отливками закрытой и частично от-

крытой коробчатой или цилиндрической формы. Наружные поверхности–

криволинейные и прямолинейные с выступающими частями и углублениями

сложной конфигурации. Внутренние полости – сложной конфигурации с

большим количеством выступов и углублений, ребер, перемычек, бобышек,

со свободным выходом на поверхность детали минимум в одну сторону.

К этой группе относят корпуса передней бабки, траверсы, направляющие ап-

параты и лопасти гидротурбин, станины прессов, корпуса насосов и др.

Пятая группа включает детали закрытой коробчатой и цилиндрической

форм с пересекающимися под различными углами ребрами на наружной по-

верхности, а также высокими выступающими и углубленными местами.

Внутренние полости сложной конфигурации со свободным или затруднен-

ным выходом на поверхность детали. Детали-представители: станины метал-

лорежущих станков, крышки цилиндров крупных дизелей, литые коленчатые

валы дизелей, блоки цилиндров, корпуса центробежных насосов и др.

Шестая группа характеризуется отливками с особо сложными закрыты-

ми и цилиндрическими формами. На наружных криволинейных поверхно-

стях под различными углами пересекаются ребра, кронштейны и фланцы.

Внутренние полости имеют особо сложные конфигурации с затрудненными

выходами на поверхность отливки. К этой группе относят станины специ-

альных металлорежущих станков, сложные корпуса центробежных насосов,

детали воздуходувок, рабочие колеса гидротурбин и другие уникальные от-

ливки.

В зависимости от способа изготовления отливок, их габаритных разме-

ров и типа сплава ГОСТ 26645– 85 устанавливает 22 класса точности. Так,

литьем в песчаные формы и центробежным литьем получают отливки

6–14 классов точности, в оболочках формах и кокилях – 3–8 классов точно-

сти; литьем под давлением – 3–7 классов точности.

Раздел 3. Технологические процессы обработки пластическим де-