Литьё

Содержание

 

Введение.

В данной расчетно-графической работе необходимо рассчитать параметры шихты, являющейся одним из ключевых вопросов технологии литейного производства, подобрать технологию изготовления, описать состав химического сплава АЛ27, описать технологию изготовления литейной формы для монумента авиастроителям, единичное производство. Подобрать плавильное оборудование, учитывая эти параметры, и рассчитать шихту. Масса отливок 105килограмм 2 штуки.

Литьё - процесс получения отливок, который заключается в заполнении изготовленной литейной формы расплавленным металлом с последующим его затвердеванием. Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия, полученные с помощью литья.

Литью поддаются практически все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами. Главными литейными свойствами является жидкотекучесть и как можно меньшая усадка Ме. Жидкотекучесть – способность расплавленного Ме заполнять литейную форму, которая имеет сложный рельеф. Хорошая жидкотекучесть металла особенно важна при изготовлении художественных отливок, повторение сложной поверхности с сложным и ажурным рельефом.

 

1. Характеристика сплава

Алюминий - легкий, прочный материал, коррозионно стойкий, обладает высокой устойчивостью к воздействию внешней среды, очень долговечен и в течение всего срока эксплуатации практически не требующий ремонт. Срок службы алюминиевых конструкций составляет свыше 80 лет

В Российской Федерации очень большой диапазон температур, от -50 до +45. Алюминий устойчив к перепадам температур, чем любой другой материал, при этом отлично сохраняет свои структурные свойства. После обработки поверхности алюминиевых изделий, они становятся устойчивыми к коррозии, вызываемой дождями, снегом, жарой и смогом.

Одним из недостатков алюминия является то, что контакт алюминия с другими металлами, например, при попадании дождевой воды, может вызвать протекание электролитических реакций, что приводит к сильной электрокоррозии алюминия, вплоть до его разрушения. Особенно опасно сочетание алюминия и меди, из-за чего необходимо избегать их совместного использования.

Таблица 1. Химический состав в % материала

Fe	Si	Mn	Ti	Al	Cu	Zr	Be	Mg	Zn	Примесей
до  0.2	до  0.2	до  0.1	0.05 -0.15	88.5 -90.35	до  0.15	0.05 -0.2	до  0.05	9.5 -10.5	до  0.1	всего 0.5

 

Таблица 2. Механические свойства при Т=20oС материала АЛ27.

Сортамент	Размер	Напр.	sв	sT	d5	y	KCU	Термообр.
	мм		МПа	МПа	%	%	кДж / м2
			360		18		150

 

 

2. Выбор плавильного оборудования

 

Дуговые печи постоянного тока (ДППТ) нового поколения разработаны для плавки различных марок стали, чугуна, сплавов на основе алюминия, меди, никелевых, кобальта и других металлов.

От других типов плавильного оборудования ДППТ отличаются значительно более высокими технико-экономическими показателями при выплавке высококачественных сплавов, в том числе алюминиевых, обеспечивающее производство различных заготовок – литьем в землю, кокиль, под низким и высоким давлением, центробежным литьем и штамповкой, отличающихся высоким качеством, более высокими механическими свойствами, более высокой герметичностью и износостойкостью. ДППТ обеспечивают выплавку сплавов высокого качества из первичных и вторичных металлов. Причем сплавы, выплавляемые из вторсырья по качеству не уступают сплавам, изготавливаемым из первичных металлов. При использовании ДППТ для выплавки алюминиевых сплавов из вторсырья решается важнейшая задача - экономия первичного алюминия.

Таблица 3. Характеристика плавильной печи

Тип плавильного агрегата	Характеристика плавильного агрегата					Качество выплавляемых сплавов
	емкость, т	удельный расход топлива	производите льность, т/час	угар металла, %	КПД, %	содержание газа, см3/100 г сплава	содержание неметаллическ их включений, мм2/см2 (по пробе Добаткина В.И.)
Дуговая печь постоянного тока, ДППТ	0,2-20	410-390 кВт·ч/т	1,0-20	0,5-1,0	>80	0,07-0,12	0,09-0,12

 

 

Рис.2.1. Схема дуговой печи трёхфазного переменного тока

 

Дуговая печь питается трёхфазным переменным током. Имеет три цилиндрических электрода 9 из графитизированной массы, закреплённых в электрододержателях 8, к которым подводится электрический ток по кабелям 7. Между электродом и металлической шихтой 3 возникает электрическая дуга. Корпус печи имеет форму цилиндра. Снаружи он заключён в прочный стальной кожух 4, внутри футерован основным или кислым кирпичом 1. Плавильное пространство ограничено стенками 5, подиной12 и сводом 6. Съёмный свод 6 имеет отверстия для электродов. В стенке корпуса рабочее окно 10 (для слива шлака, загрузки ферросплавов, взятия проб), закрытое при плавке заслонкой. Готовую сталь выпускают через сливное отверстие со сливным желобом 2. Печь опирается на секторы и имеет привод 11 для наклона в сторону рабочего окна или желоба. Печь загружают при снятом своде.

 

3. Технология приготовления сплава

Выплавка алюминиевых сплавов, как правило, сводится к переплавке чушек. Поскольку алюминий и его сплавы склонны к окислению и поглощению газов, их плавят обычно быстро и без избыточного перегрева. На поверхности расплава образуется тонкая пленка Ah Оз. которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. Поэтому на поверхность расплава не наносят защитные покрытия.

 

Алюминиевые сплавы обычно рафинируют при помощи продувки газом, применения хлоридов в виде флюсов, вакуумной или автоклавной обработки.

Порядок загрузки шихтовых материалов: чушковый алюминий, крупногабаритные отходы, отходы литейных и механических цехов (литники, некачественные отливки, брикетизированная стружка и т.п.), переплав, лигатуры (чистые металлы).

 

4. Расчет необходимого количества металла для заполнения формы

Масса необходимого металла складывается из массы отливок и литниковой системы. Масса литниковой системы составляет примерно 40% от массы отливок. Следовательно, масса необходимого для заполнения литейных форм металлом рассчитывается по формуле:

Р=Nф∙No∙(0.5∙Ро+Ро), где

Nф – количество литейных форм;

No – количество отливок в одной литейной форме;

Po – вес одной отливки, кг.

Р=1∙1∙(0,5∙105+105)=315 кг.

Таким образом, масса необходимого металла составляет 315 кг.

 

5. Расчет шихты

Для плавки алюминиевых сплавов, ДППТ нового поколения являются универсальным плавильным оборудованием, обеспечивающим более высокую экономическую эффективность, высокое качество выплавляемых сплавов как из первичных, так и вторичных металлов с более высокой производительностью надежностью, простотой конструкции и обслуживания, надежностью и экологичностью.

Шихта - это смесь исходных материалов, а в некоторых случаях и топлива в определённой пропорции, подлежащая переработке в металлургических, химических и других агрегатах.

В состав металлургических шихт обычно входят исходное или обогащённое рудное сырьё, сырьё с флюсами и оборотными материалами.

Для литейных алюминиевых сплавов в качестве шихты используют металлы (алюминий, бериллий, ванадий, кремний, кальций, титан, литий и др.), а также лигатуры. Лигатуры представляют собой сплав алюминия с легирующим элементом, вводимым в требуемом количестве.

Пусть шихта состоит на 60% из свежих материалов и 40% возврата собственного производства того же сплава. Расчёт проведём на 100 кг сплава без учёта примесей в исходном материале и сплаве. Примем, что угар алюминия составляет 3%, марганца 3%, магния 3% , кремния 4%, цинка 6%.

Увеличим количество шихтовых материалов на величину потерь от угара:

Алюминий (3*90)/100 = 2,7 кг

Марганец (3*0,1)/100 = 0,003 кг

Кремний (4*0,2)/100 = 0,008 кг

Магний (3*9,5)/100 = 0,28 кг

Цинк (6*0,1)/100 = 0,006

Рассчитанный состав (кг) шихты для выплавки 315 кг сплава титана следующий:

Al: 56,7 * 3,15 = 178,6 кг

Mn: 0,063 * 3,15 = 0,2 кг

Mg: 5,98* 3,15= 18,83 кг

Si: 0,128 * 3,15 = 0,4 кг

Zn: 0,066*3,15 = 0,2 кг

Возврат АЛ27: 40*3,15 =126кг

Всего: 324,23 кг

 

Таблица 4. Исходные и расчетные данные

Нормируемые показатели	Компоненты шихты
	Al	Mn	Mg	Si	Zn	Всего
Средний химический состав сплава, % (масc. доля )	90	0,1	9,5	0,2	0,1	99,9
Масса компонента на 100 кг шихты, кг	90	0,1	9.5	0,2	0,1	100
Угар, % (масс.доля)	3	3	3	4	6	-
Угар, кг	2,7	0.003	0,28	0,008	0,06	3,05
Расчётная масса шихты, кг	92,7	0,103	9,78	0,208	0,16	100,3
Cодержание в цеховом возврате (40% , мас. доля),кг	36	0,04	3.8	0.08	0,04	40
Cодержание в свежих металлах (60%, мас.  доля), кг	54	0,06	5,7	0,12	0,06	60

 

6. Технология изготовления литейной формы

 

Было принято решение изготавливать монемунт автастроителям при помощи технологии литья под низким давлением.

Основными преимуществами процесса литья под низким давлением являются:

автоматизация трудоемкой операции заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы изменением давления в камере установки;

улучшение питания отливки; снижение расхода металла на литниковую систему.

Известно, что литьем в металлические формы художественные отливки получать затруднительно или вообще невозможно, поскольку их из полости формы извлечь не удается. По этой причине изготовление художественных отливок и ювелирных изделий на машинах литья под давлением не производят.

Однако ряд отливок малой и средней пластики изготавливать можно литьем под низким давлением. Эти отливки изготавливаются в разовых оболочковых или керамических формах. Их заливают на установках, в которых металл заполняет форму под невысоким давлением (0,02—0,06 МПа). Расплав поступает в форму спокойным ламинарным потоком, что обеспечивает получение плотной отливки без раковин газового происхождения. При обычном заполнении формы из ковша под действием только силы тяжести металла скорости его движения по литниковой системе сравнительно высокие, что вызывает турбулентность потока, следовательно, его окисление. Качество отливки в значительной степени зависит от тормозящего действия литниковой системы.

На рис. 6.1 показана схема установки литья под низким давлением. Особенностью процесса является заполнение формы расплавленным металлом снизу вверх непосредственно из ковша с расплавом. Кристаллизация металла в форме осуществляется под небольшим давлением.

Рис. 6.1 Установка для литья под низким давлением

 

Расплавленный металл подается в форму с помощью сжатого воздуха или инертного газа под давлением 0,02—0,06 МПа. Воздух поступает в рабочее пространство печи по трубопроводу 4. Сплав из тигля давлением воздуха вытесняется по металлопроводу 5, изготовленному из огнеупорного сплава или керамики, и через соединительную втулку и литниковую систему формы попадает в полость формы 6, которую спокойно заполняет до верхнего уровня. После заполнения формы металл кристаллизуется в форме в течение короткого времени. Затем давление, оказываемое на зеркало жидкого металла в тигле, снимается, и остатки жидкого металла из металлопровода вытекают в тигель, после чего форму снимают с установки и выбивают. Отливку отрезают от литниковой системы и отправляют на механический участок для механической обработки. Медленное спокойное заполнение формы позволяет получать плотное без включений литье из сильноокисляющихся алюминиевых и медных сплавов, а небольшое давление при кристаллизации позволяет изготавливать сложнопрофильные художественные отливки с тонкими стенками.