Краткая характеристика современного металургического производства

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты  поверхности отливок используют противопригарные материалы: для сырых  форм – припылы; для сухих форм – краски.

В качестве припылов используют: для чугунных отливок – смесь оксида магния, древесного угля, порошкообразного графита; для стальных отливок – смесь оксида магния и огнеупорной глины, пылевидный кварц.

Противопригарные  краски представляют собой водные суспензии  этих материалов с добавками связующих.

Смеси должны обладать рядом свойств.

Прочность, Поверхностная прочность (осыпаемость), Пластичность, Податливость, Текучесть, Термохимическая устойчивость или  непригарность, Негигроскопичность, Долговечность

Приготовление формовочных смесей

Сначала подготавливают песок, глину и другие исходные материалы. Песок сушат  и просеивают. Глину сушат, размельчают, размалывают в шаровых мельницах  или бегунах и просеивают. Аналогично получают угольный порошок.

Подготавливают  оборотную смесь. Оборотную смесь  после выбивки из опок разминают  на гладких валках, очищают от металлических  частиц в магнитном сепараторе и  просеивают.

Приготовление формовочной смеси включает несколько  операций: перемешивание компонентов  смеси, увлажнение и разрыхление.

Перемешивание осуществляется в смесителях-бегунах  с вертикальными или горизонтальными  катками. Песок, глину, воду и другие составляющие загружают при помощи дозатора, перемешивание осуществляется под действием катков и плужков, подающих смесь под катки.

Готовая смесь выдерживается в бункерах-отстойниках  в течение 2…5 часов, для распределения  влаги и образования водных оболочек вокруг глинистых частиц.

Готовую смесь разрыхляют в специальных  устройствах и подают на формовку.

Стержневая  смесь

Стержневые  смеси соответствуют условиям технологического процесса изготовления литейных стержней, которые испытывают тепловые и механические воздействия. Они должны иметь боле высокие огнеупорность, газопроницаемость, податливость, легко выбиваться из отливки.

Приготовление стержневых смесей осуществляется перемешиванием компонентов в течение 5…12 минут  с последующим выстаиванием в  бункерах.

В современном  литейном производстве изготовление смесей осуществляется на автоматических участках.

Модельный комплект

Модельный комплект – приспособления, включающие литейную модель, модели литниковой системы, стержневые ящики, модельные плиты, контрольные и сборочные шаблоны.

Литейная  модель – приспособление, с помощью которого в литейной форме получают отпечаток, соответствующий конфигурации и размерам отливки.

Применяют модели разъемные и неразъемные, деревянные, металлические и пластмассовые.

Размеры модели больше размеров отливки на величину линейной усадки сплава.

Модели  деревянные (сосна, бук, ясень), лучше  изготавливать не из целого куска, а  склеивать из отдельных брусочков  с разным направлением волокон, для  предотвращения коробления.

Для лучшего  удаления модели из формы ее окрашивают: чугун – красный, сталь – синий.

Металлические модели характеризуются большей  долговечностью, точностью и чистой рабочей поверхностью. Изготавливаются  из алюминиевых сплавов – легкие, не окисляются, хорошо обрабатываются. Для уменьшения массы модели делают пустотелыми с ребрами жесткости.

Модели  из пластмасс устойчивы к действию влаги при эксплуатации и хранении, не подвергаются короблению, имеют  малую массу.

Стержневой  ящик – формообразующее изделие, имеющее рабочую полость для получения в ней литейного стержня нужных размеров и очертаний из стержневой смеси. Обеспечивают равномерное уплотнение смеси и быстрое извлечение стержня. Изготавливают из тех же материалов, что и модели.

Изготовление  стержней может осуществляться в  ручную и на специальных стержневых машинах.

Модельные плиты формируют разъем литейной формы, на них закрепляют части модели. Используют для изготовления опочных  и безопочных полуформ.

Изготовление  литейных форм

Основными операциями изготовления литейных форм являются: уплотнение формовочной смеси  для получения точного отпечатка  модели в форме и придание форме  достаточной прочности; устройство вентиляционных каналов для вывода газов из полости формы; извлечение модели из формы; отделка и сборка формы.

Формы изготавливаются вручную, на формовочных  машинах и на автоматических линиях.

Ручная  формовка применяется для получения  одной или нескольких отливок  в условиях опытного производства, в ремонтном производстве, для  крупных отливок массой 200…300 тонн.

Приемы  ручной формовки: в парных опоках по разъемной модели; формовка шаблонами; формовка в кессонах.

Изготовление  стержней

Изготовление  стержней осуществляется вручную или  на специальных стержневых машинах  из стержневых смесей.

Изготовление  стержней включает операции: формовка сырого стержня, сушка, окраска сухого стержня. Если стержень состоит из нескольких частей, то после сушки их склеивают.

Ручная  формовка осуществляется в стержневых ящиках. В готовых стержнях выполняют  вентиляционные каналы. Для придания стержням необходимой прочности  используются арматурные каркасы из стальной проволоки или литого чугуна.

Готовые стержни подвергаются сушке при  температуре 200…230 0С, для увеличения газопроницаемости и прочности. Во время сушки из стержня удаляется  влага, частично или полностью выгорают органические примеси

Часто стержни изготавливают на пескодувных  машинах. При использовании смесей с синтетическими смолами, стержни  изготавливают в нагреваемой  оснастке.

Изготовление  стержней из жидкостекольных смесей состоит в химическом отверждении  жидкого стекла путем продувки стержня  углекислым газом.

Сборка  литейной формы включает: установку  нижней полуформы; установку стержней, устойчивое положение которых обеспечивается стержневыми знаками; контроль отклонения размеров основных полостей формы; установку  верхней полуформы по центрирующим штырям.

Заливка форм расплавленным металлом осуществляется из ковшей чайникового, барабанного  и других типов. Важное значение имеет  температура расплавленного металла. Целесообразно назначать ее на 100…150 0C выше температуры плавления: низкая температура увеличивает опасность незаполнения формы, захвата воздуха, ухудшения питания отливок; при высокой температуре металл больше насыщен газами, сильнее окисляется, возможен пригар на поверхности отливки.

Заливку ведут непрерывно до полного заполнения литниковой чаши.

Охлаждение, выбивка и очистка отливок

Охлаждение  отливок до температуры выбивки  длится от нескольких минут (для небольших  тонкостенных отливок) до нескольких суток  и недель (для крупных толстостенных  отливок). Для сокращения продолжительности  охлаждения используют методы принудительного  охлаждения:

а) обдувают воздухом,

б) при  формовке укладывают змеевики, по которым  пропускают воздух или воду.

Выбивка отливки – процесс удаления затвердевшей и охлажденной до определенной температуры отливки из литейной формы, при этом литейная форма разрушается. Осуществляют на специальных выбивных установках. Форма выталкивается из опоки выталкивателем на виброжелоб, по которому направляется на выбивную решетку, где отливки освобождаются от формовочной смеси. Выбивку стержней осуществляют вибрационно-пневматическими и гидравлическими устройствами.

Обрубка отливок – процесс удаления с отливки прибылей, литников, выпоров и заливов по месту сопряжения полуформ.

Осуществляется  пневматическими зубилами, ленточными и дисковыми пилами, при помощи газовой резки и на прессах.

После обрубки отливки зачищают, удаляя мелкие заливы, остатки выпоров и  литников. Выполняют зачистку маятниковыми и стационарными шлифовальными  кругами, пневматическими зубилами.

Очистка отливок – процесс удаления пригара, остатков формовочной и стержневой смесей с наружных и внутренних поверхностей отливок.

Осуществляется  в галтовочных барабанах периодического или непрерывного действия (для мелких отливок), в гидропескоструйных и  дробеметных камерах, а также  химической или электрохимической  обработкой.

 

 

Литейная  форма

 

Стержневой  ящик

 

Литейная  модель

 

 

3. Опишите технологию изготовления поковок ковкой: а) сущность процесса и область применения ковки; влияние ковки на структуру и механические свойства металла; б) виды исходных заготовок для изготовления поковок и принцип их выбора; в) эскизы и основные операции, применяемый инструмент и оборудование.

 

Поковки изготавливают ручной и машинной ковкой, или иначе говоря молотовым и прессовым способами.

Ковка осуществляется ударами молота или  давлением пресса. Ковку применяют  для изготовления мелких и крупных  поковок, простой и сложной формы, не имеющих точных размеров и достаточно качественной поверхности. Большинство  изготавливаемых поковок подвергается дальнейшей обработке на металлорежущих станках.

Используемые  материалы: углеродистые стали, легированные стали, алюминий, латунь, титан и т.д.

Ковка делится на горячую и холодную. При использование технологии горячей  ковки металл разогревают до 1000°С, затем давлением ему придается требуемая форма. При холодной ковке воздействие на металл происходит без предварительного нагрева.

Процесс ковки не только изменяет форму металла, но и улучшает его структуру и механические свойства. Во время ковки измельчаются и уплотняются зерна металла, устраняются внутренние раковины и пузыри.

При ручной ковке деформация металла достигается  путем последовательных ударов инструментом по металлу, установленному на опорной  площади наковальни. Данный способ применяется редко, в основном для  единичного производства и для изготовления мелких поковок при ремонтных  работах. Как правило ручная ковка  применяется для изготовления поковок  весом до 8 кг, она отличается низкой производительностью и необходимостью высокой квалификации кузнеца.

Наибольшее  применение получила машинная ковка, при  которой деформация заготовки достигается  путем воздействия молота или  пресса. Исходным материалом при машинной ковке является прокат, слитки и  специальные катанные и кузнечные заготовки.

Применение  ковки для изготовления заготовок  является наиболее экономичным способом. В массовом производстве преимущественно  применяется ковка в штампах, а мелкосерийном и единичном  – свободная ковка.

Ковкой  изготавливаются поковки для  деталей типа валов паровых и  гидравлических турбин, гидрогенераторов, турбинных дисков, коленчатых валов, цилиндров и колонн гидравлических прессов, и т.д.

Таким образом, поковки – это один из самых недорогих способов получения деталей, при это не требующих дополнительной механической обработки. Иногда не предприятиях практикуется нанесение полимерного покрытия на поковки. Это позволяет уберечь детали от коррозии и, тем самым, продлить срок их службы. Для того, чтобы поковки были действительно качественными, используете индивидуально изготовленную штамповую оснастку, которая застрахует вас от неточностей и брака. Макисмально подвергающимися ковке материалами считаются медные сплавы (бронза, латунь), сталь, титан.

Влияние ковки на структуру и на механические свойства металла

При ковке  изменяются макроструктура и механические свойства металла. Эти изменения  в основном зависят от следующих  причин: 1) температурных условий  ковки; 2) степени уковки; 3) от способа  ковки; 4) химического состава стали.

Под влиянием ковки структура металла изменяется в двух противоположных направлениях. При ковке слитка структура принимает  волокнистое (полосчатое) строение. Образование  волокнистой структуры характеризуется  тем, что при ковке слитка ликвационные зоны, газовые пузыри, шлаковые включения  и т.п., а при низкой температуре и зерна стали (дендриты), вытягиваются в направлении течения металла. Крупнозернистое строение слитка превращается в мелкозернистое вследствие раздробления кристаллов под ударами молота или под давлением пресса.

При ковке прокатанного металла происходят другие структурные изменения металла. Зерна изменяются меньше, так как они уже частично разрушены в процессе прокатки. В отличие от прокатки ковка дает более перепутанные волокна металла. Поэтому, как правило, механические свойства прокованного металла лучше, чем механические свойства прокатанного металла.

Одновременно  с изменением кристаллов ковкой при  высоких температурах зерна растут, так как создаются условия  для объединения мелких зерен  в крупные. Явление роста зерен, т.е. объединение мелких зерен в крупные, называется собирательной рекристаллизацией. Зерна растут тем больше, чем выше температура ковки.