Техническо-экономическая характеристика различных методов литья

В силу большого расхода металла и дороговизны  процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.

Процесс литья  по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

• Копия или  модель конечного изделия изготавливаются  из легкоплавкого материала.

• Эта модель окружается керамической массой, которая  затвердевает и образует форму.

• При последующем  нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

• Затем в  оставшуюся на месте удалённого воска  полость заливается металл, который  точно воспроизводит исходную модель отливки.

• Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности  и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте  производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения  — отливки массой 0,1—2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40—1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

• кварцевого песка — 50 кг,
• противопригарного покрытия — 25 кг,
• пенополистирола — 6 кг,
• плёнки полиэтиленовой — 10 кв.м.

Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95-97 %.

• Центробежное литье и центробежный метод литья

Центробежный  метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.

Под действием  центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.

При этом, как  правило, в отливках не бывает газовых  раковин и шлаковых включений. Особыми  преимуществами центробежного литья  является получение внутренних полостей без применения стержней и большая  экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.

В нашем производстве используют машины с горизонтальными  осями вращения. Широким спросом  пользуются отливки втулок, гильз  и других заготовок, имеющих форму  тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья. Что такое центробежное литьё?

Центробежное  литье — это способ получения  отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный  металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам  формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного  литья обеспечивает целый ряд  преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

Высокая износостойкость.

Высокая плотность  металла.

Отсутствие раковин.

В продукции  центробежного литья отсутствуют  неметаллические включения и  шлак.

Центробежным  литьём получают литые заготовки, имеющие  форму тел вращения:

• втулки;
• венцы червячных колёс;
• барабаны для бумагоделательных машин;
• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при  изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению  с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

• Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые  формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

• Элетрошлаковое литьё

Элетрошлаковое  литьё (ЭШЛ) — вид электрошлакового процесса (ЭШП), литейная технология с  защитой металлической ванны  от взаимодействия с воздухом находящейся  сверху шлаковой ванной, подогреваемой  проходящим через неё электрическим током. Используется, например, при изготовлении биметаллических прокатных валков.

Рабочая поверхность  валков холодной прокатки должна быть износостойкой, а для этого —  твёрдой. Иначе она быстро сомнётся. Дешёвый, но достаточно твёрдый материал — серый чугун. Но он не достаточно прочен. Весь же валок должен быть прочным, иначе он не выдержит нагрузки и сразу лопнет. Достаточно прочный материал — конструкционная сталь. Но она слишком мягкая. Можно сделать весь валок из инструментальной стали. Но инструментальная сталь дороже, а валок — не резец. У него значительно больше объём и масса, из-за чего такое изделие окажется много дороже большинства инструментов, а служит он всёравно недолго. Выход: сделать поверхность твёрдой, а основное тело валка — прочным. Для этого применяют плазменную наплавку инструментальной стали на конструкционную. Но во-первых, это лишь частично решает проблему дороговизны материала (инструментальной стали), а во-вторых достаточно дорога сама технология. Одна из альтернатив — наворачивание цельно чугунного бандажа на цельно стальное основное тело валка (обе детали должны иметь резьбу). Но при эксплуатации таких валков бандаж сворачивается с основного тела валка. Кроме того, недостаточная прочность чугуна обуславливает формы разрушения бандажа в процессе эксплуатации, отличные от мгновенного хрупкого разрушения, в первую очередь по поверхности контакта бандажа с основным телом валка. Значит нужен прочный белый чугун. Но белый чугун дороже серого. Электрошлаковое же литьё позволяет дешево отбелить серый чугун за счёт экономного легирования серого чугуна хромом. Эта же технология позволяет соединить сплавлением (сварить по всей поверхности контакта) бандаж и основное тело валка. При обычном литье аналогичных изделий диспергирование струи ведёт к избыточному окислению металла, а из-за слишком быстрой кристаллизации чугун шва будет иметь повышенную хрупкость (а не прочность) и не произойдёт сплавление достаточных объёмов стали и чугуна, из-за чего шов будет тонким и в нём не сформируется область плавного перехода по составу от чугуна к стали. Электрошлаковая же технология позволяет решить все эти проблемы. Поверхности кокиля (литейной формы, если она используется) и заготовок(ки) обмазываются фторидами и хлоридами щелочных и щёлочноземельных металлов, термическое разложение этих солей создаёт защитную атмосферу. Струя металла также диспергируется, но теперь это ведёт не к окислению, а к рафинированию металла. Рафинирование металла более интенсивно продолжается также и в шлаке. Остальные проблемы решаются подогревом зоны кристаллизации. Кроме того, элетрошлаковая технология позволяет создать переходный слой (шов) с рельефом двух встречных псевдорезьб. Этот рельеф и работает аналогично двум встречным резьбам (как у талрепа — резьбового приспособления для натяжения тросов), дополнительно скрепляя части изделия, но при этом, не допуская сворачивания бандажа.

Поддерживается  также раздельное легирование зон  отливки. При ЭШЛ в шлаковой ванне  существует магнитное поле и в  ней же протекает электрический ток. Силовые линии магнитного поля ориентированы вертикально, а вектор плотности электрического тока в любой точке имеет горизонтальные проекции. В результате взаимодействия электрического тока с магнитным полем возликает горизонтальная сила Лоренца. Радиальная компонента плотности тока обуславливает азимутальную составляющую этой силы, причём, во внешней и внтуренней, относительно электрода, зонах знак радиальной проекции плотности тока противоположен, а направление магнитного поля совпадает. В результате направление азимутальной составляющей силы Лоренца в этих областях противоположно. А это ведёт к возбуждению двух встречных тороидальных потоков шлака. Причём, характер течения ламинарный. Поэтому оба потока не смешиваются. Материал электрода делится между ними ровно пополам, но даже его концентрация в различных зонах шлаковой ванны может быть не одинакова. Если эти зоны имеют различный объём, то в них концентрация материала электрода обратно пропорциональна объёмам зон. В металлической ванне (которая находится под шлаковой) имеет место диффузия, но состав до конца всё равно не выравнивается. Таким образом, электрод из порошковой проволоки можно использовать для раздельного легирования зон отливки. Кроме того, подача легирующих сверху непосредственно во внутреннюю, или во внешнюю зону шлаковой ванны позволяет добиться раздельного легирования, независимого от соотношения объёмов зон, так как присадки в одну зону вообще не попадают в другую.

Варианты  ЭШЛ

• Литьё переходного слоя. На запорную плиту ставят две заготовки основного тела и бандажа валка и льют переходный слой между ними
• Литьё основного тела валка. На запорную приту ставят заготовку бандажа и внутрь льют основное тело валка
• Литьё бандажа в Кокиль. Внутри литейной формы (кокиля) ставят заготовку основного тела валка и льют бандаж между кокилем и заготовкой

Используемый  метал может переплавляться электрошлаковым  способом и сразу заливаться в  форму, так и подогреваться в  промежуточном ковше, после быстрого слива в него готового расплава, полученного любым другим способом. Общей является электрошлаковая защита металла в ковше как от взаимодействия с воздухом, так и от преждевременной кристаллизации в процессе литья. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература

Баринов Н. А."Водоохлаждаемые  вагранки и их металлургические возможности", Москва, «Машиностроение» 1964 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Белорусский государственный университет 

Факультет международных отношений 

Кафедра «Мировая экономика» 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 
 

по теме: «Техническо-экономическая характеристика различных методов литья» 
 
 
 
 
 
 
 

Подготовил: Петров Дмитрий,1курс

     

Проверил:  Бакун Илья Афанасьевич 

 
 
 
 
 
 
 

Минск

2008