УДК 621.74

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Б. С. Глазман

Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Российская Федерация

UDC 621.74 MODERN FOUNDRY TECHNOLOGIES

Don State Technical University Rostov-on-Don, Russian Federation

Рассмотрены технологии изготовления отливок, методы автоматизации литейного производства, состав литейных конвейеров, применение защитного покрытия для повышения качества выпускаемых изделий.

Ключевые слова: литейное производство, отливки, кокиль, кокильный конвейер, формовка, формовочная линия

The article considers the technologies of making castings, methods of automation of foundry production, the composition of foundry conveyors and the application of protective coatings to improve the quality of manufactured products.

Keywords: foundry, castings, shell mold, permanent mold conveyor, block mould, block mould conveyor, forming, molding line

Введение. Литейное производство является одной из основных заготовительных баз машиностроения. Литейное производство обладает высоким коэффициентом использования металла - 75-95 %. Россия занимает третье место в мире по общему выпуску литых заготовок после таких крупных стран-производителей как Китай и США.

В промышленности используются многочисленные способы литья. Для увеличения производительности труда стремятся использовать поточные производства, полную механизацию и автоматизацию литейного производства.

Технологии изготовления отливок. В настоящее время при изготовлении отливки методом формовки применяют формовочные линии и заливочные автоматы, позволяющие изготовить большое количество форм с высокой точностью при малом числе обслуживающего персонала.

Рис.1 Формовочная линия HWS: 1,4,11 - плита; 2 - стойка; 3 - зажим; 5,9,10,12,14 - направляющая; 6,8 - крепление;7 - диск; 13 - втулка; 15 - зажим.

Рис. 2 Общий вид автоматической формовочной линии Disa

Формовочная линия Disa включает пескодувный прессовый формовочный автомат челночного типа, который в пульсирующем режиме выдает безопочные формы на транспортер. На участке заливки автоматическая заливочная установка (5) осуществляет заполнение расплавом форм. Затем происходит охлаждение отливок и передача их в охлажденный выбивной барабан, где осуществляется отделение отливок от смеси, размельчение комков, окончательное охлаждение смеси и отливок. Следующим этапом является гомогенезация оборотной смеси, которая поступает в шприц финишной подготовки смеси и в смеситель, где осуществляется ее перемещение с освежающими материалами и получении высокопоставленной смеси. Полученная смесь передается в формовочный автомат.

Отливки поступают в дробеметную машину (4) через переходник (3) для поверхностной обработки. Затем происходят операции покраски, контроля качества и складирования.

В настоящее время в промышленности используются специальные методы литья, например, литье в кокиль. Этот метод позволяет получать более точные отливки со стабильными размерами. Минимальное физико-химическое взаимодействие металла отливки и формы способствует повышению качества поверхности отливки, отсутствию пригара. Тепло быстро отводится от отливки, что приводит к быстрому ее затвердению, обеспечивает повышение механических свойств.

Механизация и автоматизация технологического процесса литья в кокиль обеспечивает повышение производительности труда, стабильность технологических режимов, улучшение качества отливки и рост экономической эффективности производственного процесса.

На промышленных предприятиях применяются кокильные конвейеры. На тележках горизонтально-замкнутого конвейера устанавливают кокиль для одной или нескольких различных отливок, что является показателем производительности литейного оборудования.

Рис 3. Карусельная кокильная машина: 1,2 - плита; 3 - вал; 4 - толкатель.

Рис. 4. Вертикально-замкнутый кокильный конвейер: 1 - колесо; 2,3 - цепь; 4 - лоток; 5 - ящик;

6 - сопло; 7 - пульверизатор; 8 - бак; 9 - передача.

В кокиле конвейера (рис. 4) крышка открывается автоматически, и отливки из кокиля по лотку (4) попадают в ящик (5). На нижней ветви конвейера раскрытые кокили охлаждаются воздухом из сопел (6), затем окрашиваются пульверизатором (7) из бака (8).

Основными операциями литья в кокиль являются раскрытие кокиля, извлечение стержней и отливки, нанесение огнеупорного покрытия, установка стержней, запирание кокиля, заливка расплава . Все операции выполняются механизмами кокильной машины или литейного комплекса, которым управляет рабочий-оператор. При автоматизации кокильного конвейера управление механизмами осуществляется с помощью ЭВМ.

При серийном и мелкосерийном производстве крупных отливок сложной конфигурации эффективным является использование автоматизированных кокильных машин. В массовом и крупносерийном производстве мелких и средних отливок - автоматических литейных комплексов и автоматических линий.

Рис.5 Схемы автоматизированных литейных комплексов литья в кокиль: а - для сложных отливок; б - для простых отливок.

На рис.5а представлен автоматизированный литейный комплекс для сложных отливок. Расплав из дозатора (1) заливается в кокиль (2). Песчаные стержни из магазина (4) устанавливаются в кокиль манипулятором (3). После затвердения и раскрытия кокиля отливки извлекаются манипулятором (6) и подаются в пресс (8) для отвердения литниковой системы.

Готовые отливки попадают в тару (7), а затем по конвейеру (5) транспортируются на обработку. Расплав от плавильных агрегатов подается в дозатор по монорельсу (9) ковшами. Производственный процесс обслуживается операторами.

На рис. 4б представлен автоматизированный литейный комплекс для простых отливок. Расплав из дозатора (1) заливается в кокили, установленные на машинах (2). После затвердения отливки и раскрытия кокиля отливка извлекается манипулятором (4) и передается в тару (3). Комплекс управляется оператором с пульта.

В массовом и крупносерийном производстве применяются специализированные линии, предназначенные как для изготовления одной отливки, так и нескольких однотипных отливок.

В состав таких линий входят плавильные агрегаты, транспортные средства для подачи

расплава к загрузочным устройствам, агрегаты для обработки отливок, транспортные средства для удаления отходов, оборудования для очистки отливок, установки и приборы для контроля качества отливок. Линии отличаются высокой производительностью, энергоэффективностью.

Рис.6 Схема автоматизированной системы управления технологическим процессом литья

под давлением с помощью ЭВМ

На рис.6 представлена схема автоматизированной системы управления технологическим процессом литья под давлением с помощью ЭВМ.

Автоматизированная система функционирует следующим образом. Сигналы от параметров технологических процессов (Т) поступают в коммутаторы (К), а затем АЦП и далее в управляющую ЭВМ, обслуживающую все комплексы литья под давлением. Система контроля качества отливок (СККО) устанавливает численные значения функций показателей качества (Т) от параметров технологического процесса (целевая функция) и через коммутатор К3 и АЦП3 передает ЭВМ. ЭВМ на основе программы и математической модели технологического процесса, связывающих целевую функцию, постоянные и переменные (регулируемые) параметры процесса литья под давлением, вырабатывают оптимальные значения регулируемых параметров. Через систему обратной связи, включающую коммутатор К2 и АЦП2, управляющий сигнал передается в систему регуляторов (р), которые воздействуют на исполнительные механизмы литейной машины .

Эксплуатация литейных машины и агрегатов происходит при больших нагрузках и различных уровнях температуры, в агрессивных средах и вакууме.

В промышленности используют различные методы покрытий с использованием разнообразных материалов (металлов, сплавов, керамики, пластмасс), в результате чего физико-химическое состояние поверхностного слоя заготовки отличается от основного материала детали. К ним относятся наплавки и напыления, электролитические и химические покрытия, покрытия полимерными материалами.

На предприятиях широко используется метод цинкования. Процесс цинкования осуществляется путем вибрационной обработки, который полностью автоматизирован. Широко применяется и метод гальванопокрытий, обеспечивающий высокое качество поверхности изделия.

Заключение. Автоматизация литейного производства с использованием современных технологий и оборудования повышает уровень производительности предприятий, конкурентоспособность выпускаемой продукции и эффективность промышленности в целом.

Библиографический список.

1. Гини, Э. Ч. Технология литейного производства. Специальные виды литья / Гини Э. Ч., Зарубин А. М., Рыбкин В. А. - 3-е изд., Москва: Академия, 2008. - 352 с.

2. Глазман, Б. С. Автоматизированное и роботизированное литье. Финишная обработка литья / Б. С. Глазман // Монография. - Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ, 2014. - 88 с.

Технологическая схема машиностроительного завода

Тема 11.Основы технологии машиностроения

План лекции

11.1.Технологическая схема машиностроительного завода

11.2. Сущность литейного производства. Методы литья

11.3. Методы обработки металла давлением (прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка)

11.4. Сущность процесса сборки

11.5. Виды и организационные формы процесса сборки

11.6. Пути повышения эффективности сборки

Машиностроение является ведущей отраслью современной промышленности. Значение машиностроения в народном хозяйстве определяется тем, что оно создает один из важнейших элементов производительных сил- орудия труда. В силу разнообразных орудий производства и общественного разделения труда машиностроение подразделяется на отдельные отрасли, из которых главными являются: станкостроение, тяжелое машиностроение, транспортное, энергетическое, сельскохозяйственное, атомное.

В каждой отрасли машиностроения существуют свои специфические технологические методы и приемы, однако в целом для машиностроения характерна общность сырьевых материалов (черные и цветные металлы, их сплавы и идентичность основных технологических принципов превращения их в детали (литье, ковка, штамповка, обработка резанием),а деталей в изделие (сварка, сборка).

В производственных процессах машиностроения используются основные принципы рациональной организации производства.

На машиностроительных заводах различают следующие основные цехи :

v заготовительные: чугунолитейный, сталелитейный, кузнечно-прессовый;

v обрабатывающие: механический, термический;

v выпускающие продукцию: сборочный.

Организация промышленного производства построена по одному из принципов –технологическому, предметному или смешанному. Выше приведенное разделение основных цехов присуще при технологическом принципе организации производства. При предметном принципе организации производства оборудование для изготовления конкретных деталей или сборочных единиц сосредотачивается в отдельных цехах предприятия. При смешанном принципе – в отдельных цехах проводится обработка технологически однородных частей и выполнение однотипных технологических процессов и операций.

В остальном структура машинного производства мало чем отличается от других производств, т.е. есть вспомогательные цехи и побочные цехи, различные службы и хозяйства, органы управления предприятием, которые осуществляют организацию производственного процесса и его контроль, обеспечивают разработку технической документации и технологической оснастки, бухгалтерский учет, сбыт готовой продукции.

Таким образом, машиностроительное предприятие представляет собой совокупность ряда производств, связанных единым технологическим процессом. В зависимости от масштабов производства, возможностей кооперирования с другими предприятиями и от ряда других технико-экономических условий машиностроительный завод либо сам осуществляет весь технологический процесс, т.е. изготовляет все детали машины и производит ее сборку, либо изготовляет лишь основные узлы машины, а детали и полуфабрикаты (литье, поковки) получает с других специализированных предприятий и в своих цехах производит только их обработку и последующую сборку. Технологическая схема машиностроительного завода следующая: сырье и топливо из шихтарных дворов, где их хранят и соответствующим образом подготавливают для производства поступают в литейные цехи, производящие отливки. Полученное литье направляют в механический цех, туда же поступают и заготовки, изготовленные ковкой и штамповкой в кузнечно-прессовом цехе. В механическом цехе производят дальнейшую обработку заготовок резанием на различных металлорежущих станках. Кроме обработки литых и кованных заготовок на металлорежущих станках изготовляют детали из проката. Детали, требующие термической обработки, направляют в термический цех.

Готовые детали из механического цеха направляются в сборочный цех, куда поступают готовые детали их других цехов. Механические и сборочные цехи часто располагаются в одном здании, что сокращает расходы на внутризаводскую транспортировку деталей и узлов. Наиболее распространенными процессами в машиностроении литье, прокатка, волочение и прессование, ковка штамповка сварка, процессы механической обработки (обработка резанием).

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полученную форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердения металла в форме получается отливка, т.е. заготовка или деталь.

В структуре себестоимости литья основную долю составляют затраты на металл (до 80%). Производя технико-экономический анализ литейного производства, особое внимание необходимо обращать на те стадии и элементы технологического процесса, которые непосредственно связаны с возможными потерями металла на угар, разбрызгивание, брак и т.д.. Себестоимость литья зависит от объема производства, уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии- принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась и включает 4 основных этапа :

1.Плавка металла.

2.Изготовление формы и стержней.

3.Заливка жидкого металла в форму.

4.Извлечение затвердевшей отливки из формы.

Преимущества литейного производства:

v возможность получения сложных тонкостенных отливок при рациональном использовании металла;

v низкая себестоимость продукции;

v относительная простота получения отливок.

Недостатки литейного производства:

ü низкая производительность труда;

ü неоднородность состава и пониженная плотность материала заготовок.

Существуют следующиеспособы литья:

◭ литье в разовые песчано-глинистые формы (земляные);

◭ литье в кокиль(постоянные металлические формы);

◭ литье под давлением;

◭ центробежный способ литья;

◭ литье по выплавляемым моделям;

◭ литье в оболочковые формы или корковое литье;

◭ литье в тонкостенные разовые формы;

◭ электрошлаковое литье.

Все вышеперечисленные способы литья, кроме литья в земляные формы, называются специальными способами литья. Отливки широко применяются в машиностроении, металлургии, строительстве.

Наиболее распространенный и относительно простой способ литья- литье в разовые песчано-глинистые формы. Этим методом получают до 80% отливок. Песчано-глинистые формы могут быть приготовлены либо непосредственно в почве (в полу литейного цеха) по шаблонам, либо в специальных ящиках-опоках по моделям. Крупные отливки изготовляют в почве, мелкие- в опочных формах.

Технологический процесс производства отливок в опочных формах состоит из трех стадий: подготовительной, основной (рис. 11.2.1) и заключительной.

В подготовительную стадию входит конструирование и изготовление модельной оснастки.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Подобные документы

Анализ и диагностика производственно-хозяйственной и финансовой деятельности ОАО "Завод ЖБК-1". Разработка бизнес-плана по техническому перевооружению бетонно-растворного цеха. Способы повышения экономической эффективности производства предприятия.

курсовая работа , добавлен 29.09.2011


Способы повышения конкурентоспособности ОАО "Завод Универсал" посредством реинжиниринга бизнес-процессов. Функции и методы управления конкурентоспособностью организации. Реинжиниринг бизнес-процессов как механизм управления конкурентоспособностью.

курсовая работа , добавлен 13.02.2016


Основные направления реструктуризации предприятий и методика принятия управленческих решений. Анализ производственной деятельности (технико-экономических показателей, имущества, ликвидности и затрат) и совершенствование организационной структуры цеха.

дипломная работа , добавлен 06.07.2010


Понятие и особенности основных типов организационных структур. Характеристика деятельности и анализ технико-экономических показателей ОАО "Мценский литейный завод". Анализ организационной структуры предприятия, рекомендации по ее совершенствованию.

курсовая работа , добавлен 18.08.2010


Сущность и понятие организационной структуры. Анализ внешней и внутренней среды, основных показателей деятельности на примере МУП "ИМКХ". Пути повышения экономической эффективности организации на основе совершенствования структуры управления предприятия.

курсовая работа , добавлен 30.11.2010


Определение анализа кадрового потенциала организации. Принципы повышения квалификации. Анализ экономических показателей ОАО "Мелеузовский завод ЖБК". Анализ кадровой структуры предприятия. Направления по повышению квалификации и переподготовки кадров.

курсовая работа , добавлен 12.12.2012


Технико-экономический анализ деятельности ОАО "МАЗ" и цеха редукторов. Оценка эффективности организации основных производственных процессов. Механизм управления прибылью. Уровень фактического использования оборудования. Калькуляция себестоимости.

дипломная работа , добавлен 07.06.2012


Характеристика предприятия ОАО ИПП "Правда Севера": история, цели, задачи, миссия. Анализ организационной структуры; влияние внешней и внутренней среды на динамику показателей хозяйственной деятельности типографии; пути повышения эффективности управления.

курсовая работа , добавлен 16.12.2012

После изучения условий образования усадочных раковин и пор, методов расчета объема усадочных раковин и прибылей необходимо разобраться с проблемами, возникающими перед технологом при разработке технологии изготовления отливки. Первая из них заключается в том, надо ли в каждом конкретном случае прибегать к установке прибыли.

Вопрос о целесообразности установки прибылей на первый взгляд кажется парадоксальным: известно, что в любой отливке, если ее не подпитывать из прибыли, обязательно появятся усадочные раковины или усадочные поры. Но и при установке прибылей не всегда возможно устранить эти дефекты в отливках. В тонкостенных отливках характер затвердевания металла обычно приближается к объемному, особенно в осевых слоях стенок, и там образуется усадочная пористость даже при наличии прибылей. При невозможности обеспечить направленное затвердевание, что также обычно наблюдается в тонкостенных протяженных отливках, избежать образования усадочной пористости опять-таки не удается.

При конструировании тонкостенных отливок очень часто для обеспечения эксплуатационной надежности достаточно принять толщину стенки равной 3...5 мм, а принимается толщина в 6...12 мм с целью облегчения процесса изготовления отливки, для выравнивания толщин стенок, для придания отливке более красивого вида и т.п. В этих случаях наличие в осевой зоне стенки отливки усадочной пористости не снижает ее эксплуатационной надежности, а грубые концентрированные раковины из-за малой толщины отливки образоваться не могут. Очевидно, что при таком положении прибегать к установке на отливку прибыли нецелесообразно.

На практике часто не ставят прибыли, если толщина стенки отливки не превышает 10...12 мм, для более крупных и протяженных отливок - 30...40 мм. В то же время в особенно ответственных слу-

Рис. 8.17.

чаях, при работе детали под давлением газа или жидкости и при малом запасе прочности изделия, на все отливки прибыли ставить необходимо.

Вторая проблема, возникающая при конструировании прибылей, заключается в необходимости обеспечить надежное питание отливки с одновременным уменьшением расхода расплава на собственно прибыли. Для решения этой проблемы рассмотрим основные способы повышения эффективности работы прибылей.

Известно, что расход металла на прибыли в случае получения фасонных отливок составляет от 50 до 100 % (а иногда и выше) от массы литой заготовки. В то же время объем усадочной раковины, для ликвидации которой прибыли предназначены, не превосходит 3...5 %. Остальной металл требуется для поддержания источника питания в виде бассейна жидкого металла до конца затвердевания отливки.

Прежде всего отметим, что наиболее неэкономичны прибыли сплошные, т. е. установленные на всю поверхность отливки, и более целесообразны прибыли местные, т.е. установленные лишь на некоторых участках поверхности отливки. Это положение хорошо иллюстрируется на примере отливки бруса, показанной на рис. 8.17.

На сплошную прибыль, равную высоте отливки бруса, расходуется более 50 % от всего залитого в форму металла, и все же усадочная раковина полностью не выводится из тела отливки. Кроме того, сплошная прибыль резко замедляет затвердевание всей отливки, что приводит к ухудшению свойств металла из-за получения более грубого зерна. Если же на отливку установить местную прибыль, то затвердевание отливки будет происходить почти с той же скоростью, как и без прибыли. Это приведет к получению более высоких механических свойств металла и позволит устранить усадочную раковину в отливке при расходе расплава на прибыль всего в 30...40 % от залитого в форму.

Местные прибыли тем экономичнее и эффективнее, чем меньше расходуется на них металла и чем меньшую площадь отливки они перекрывают, поэтому к числу наиболее эффективных следует отнести обогреваемые прибыли. В таких прибылях металл не затвердевает и практически весь расходуется на питание отливки.

Для повышения эффективности действия применяют теплоизоляцию и обогрев прибылей путем засыпки зеркала металла теплоизолирующими и экзотермическими порошками и смесями и покрытия боковых стенок теплоизолирующим материалом. Этим предотвращаются тепловые потери за счет излучения с открытой поверхности прибыли и теплоотвода через боковые стенки в форму.

Значительного снижения тепловых потерь прибыли можно достичь уже простой засыпкой зеркала жидкого металла в прибыли теплоизолирующей смесью (зола, сухой песок, шлак, перлит, вермикулит и др.). Если одновременно изолированы боковая поверхность и зеркало металла в прибыли, то время ее затвердевания значительно увеличится и для различных литейных сплавов становится примерно одинаковым. Для тепловой изоляции стенок прибылей применяются различные материалы (шамот, трепел, древесный уголь), которые имеют низкую теплоаккумулирующую способность (Ьф).

На рис. 8.18 сопоставлены теплоизолирующие эффекты от применения облицовок из различных формовочных материалов: область 1 соответствует теплоизолирующему кирпичу; 2 - огнеупорам на основе А1 2 0 3 ; 3 - кварцевому песку; 4 - обожженному кирпичу; 5 - CrMg-кирпичу; 6 - магнезитовому кирпичу; 7 - графитовым плиткам.

При правильном применении теплоизолирующих облицовок существенно изменяются размер и количество прибылей, например, изменение технологии изготовления отливки стального маховика при применении облицовочных кирпичей на рис. 8.19 (показаны принципы обеих технологий). Интересно, что при правильном

Рис. 8.18. Эффективность действия различных теплоизолирующих материалов на процесс затвердевания отливок из углеродистой стали (т 3 - отношение продолжительности затвердевания металла при использовании материалов 1 -7 и продолжительности затвердевания в сухой форме)

применении изолирующей облицовки диска можно относительно массивный обод маховика отливать без прибылей, лишь с применением наружного охлаждения его нижней поверхности.

Экзотермический материал выделяет тепло в результате протекающей химической реакции, обычно окисления алюминия, по уравнению

Экзотермическая смесь в течение определенного времени выделяет в прибыль теплоту, в результате чего существенно замедляется ее затвердевание. В идеальном случае, когда выделяемая теплота (в течение определенного времени, пока затвердевает отливка) поддерживает в прибыли металл в жидком состоянии, можно предполагать, что коэффициент затвердевания прибыли в начале процесса стремится к нулю (7с зг,->0), в результате время затвердевания прибыли (т 3 п) существенно превышает время затвердевания отливки (т 0ТЛ). Тогда справедливо:

В приведенном случае объем прибыли можно было бы выбрать только с учетом объемной усадки отливки. В действительности же часть теплоты теряется, поэтому и в этих случаях необходимо определять размеры прибыли в зависимости от величины отливки.

Экзотермическая смесь начнет реагировать лишь после контакта с жидким металлом и передачи ей из прибыли определенного количества инициирующего тепла. Поэтому экзотермический обогрев применяют для прибылей, имеющих достаточное теплосодержание, а именно, диаметр не менее 80 мм. Обычно отношение высоты к диаметру прибылей с экзотермической облицовкой составляет 1:1,5.

Экспериментально установлено, что для стальных отливок достаточна величина прибыли, равная примерно 25% массы отливки. Для прибылей различного диаметра опытным путем была также определена толщина слоя экзотермической облицовки, обеспечивающая достаточное количество теплоты, передаваемой в прибыли. Например, для прибыли 0100 мм толщина облицовки

Рис. 8.19.

1 - выпор; 2 - теплоизолирующие обкладки; 3 - обычные прибыли; 4 - холодильник

Рис. 8.20.

1 - экзотермические стаканы; 2 - форма; 3 - прибыли

составляет 15 мм, для 0300 мм - 30 мм, для 0500 мм - 50 мм. Применяют и вкладыши, устанавливаемые под прибылью.

Установлено, что применение экзотермических стаканов, охватывающих прибыли, позволяет значительно уменьшить величину прибылей и благодаря этому сократить расход металла, что экономически выгодно, особенно для крупных отливок. Преимуществом этого метода изготовления отливок является также возможность удобного применения прибылей для низко расположенных тепловых узлов отливки, как показано на рис. 8.20, и регулирования скорости затвердевания локальных тепловых узлов конструктивно сложных отливок (рис. 8.21).

Обогревать прибыль можно электрической дугой или, как предлагают Г.С. Белоус и Д.А. Дудко, сделать прибыль в виде электро- шлаковой ванны и подавать горячий металл в отливку, постепенно расплавляя электрод, или поддерживая шлаковую ванну с помощью нерасходуемого (графитового) электрода.

Объем собственно прибыли (остатка металла в ней) в этих случаях можно принимать равным 3...3,5 % от объема отливки. Так как прибыли с электрическим или электрошлаковым обогревом и подпиткой неудобны в конвейерном производстве, рекомендуют обычно только для крупных отливок, заливаемых в стационарно расположенных опоках или в кессонах. Экономичность этих прибылей должна быть проверена по разности стоимости затраченной электроэнергии и электродов и стоимости экономящегося жидкого расплава и труда на удаление прибыли.

Рис. 8.21.

1 - экзотермическая смесь; 2 - подприбыльные вкладыши

В литейных цехах наибольшее распространение имеют прибыли необогреваемые, в которых одна часть расплава затвердевает на стенках полости прибыли, и другая часть его расходуется на питание отливки. Необогреваемые прибыли по конструктивным признакам можно подразделить на следующие группы:

• прибыли открытые прямые или боковые, обычные или легко- отделяемые;
• прибыли закрытые прямые или боковые, обычные или легко- отделяемые, с атмосферным или сверхатмосферным (воздушным или газовым) давлением.

Полости открытых прибылей выходят на поверхность формы. Это имеет свои преимущества и недостатки. Основным недостатком является быстрое охлаждение поверхности расплава из-за лучеиспускания в атмосферу. Для уменьшения скорости затвердевания открытых прибылей их часто после заливки формы засыпают термитной смесью (лункеритом) или сухим древесным углем. Второй недостаток - необходимость отхода от оптимальной конфигурации прибыли из-за извлечения модели прибыли из стенки формы вверх. Преимущества открытых прибылей в том, что их можно пополнять горячим расплавом непосредственно из заливочного ковша, можно при затвердевании отливки подкачивать расплав с помощью металлических или деревянных шомполов, погружаемых и поднимаемых внутри прибыли, можно применить электрообогрев металла в прибыли.

Полости закрытых прибылей помещают целиком внутри стенки формы, и металл в них затвердевает только за счет теплоотвода через стенку формы. Закрытые прибыли делают такой конфигурации, которая при наибольшей металлоемкости обладает наименьшей поверхностью охлаждения, что позволяет сокращать расход металла на прибыли. Однако формовка таких прибылей обычно более сложна, чем формовка открытых прибылей.

Как отмечалось ранее, прибыли могут выполняться прямыми, устанавливаемыми сверху на питаемый узел отливки, или боковыми, т.е. устанавливаемыми сбоку от питаемого узла отливки.

При выборе формы прямых прибылей полезно учитывать практические результаты, учитывающие соотношения между объемами прибылей разной конфигурации при обеспечении одинакового эффекта их работы. Эти соотношения определяются коэффициентом к, причем объем новой прибыли V H п находят из равенства

где V H п - объем исходной прибыли.

Величина коэффициента к приведена в табл. 8.5.

8.5. Значения коэффициента к формы прибыли

Форма исходной прибыли	Коэффициент к для прибылей новой формы
	шаровой закрытой	полу- шаровой закрытой	конусной закрытой	конусной открытой	пирами дальной закрытой	пирами дальной открытой
Шаровая закрытая
Полу- шаровая закрытая
Конусная закрытая
Конусная открытая
Пирами дальная закрытая
Пирами дальная открытая

Данные таблицы показывают, что наиболее экономичны закрытые шаровые и полушаровые прибыли, а из открытых - конусная прибыль. Выполнять эти прибыли рекомендуется с соблюдением соотношений, показанных на рис. 8.22.

При применении прямых прибылей можно увеличить их эффективность подводом питателей непосредственно в полость прибыли. Протекающий через полость прибыли расплав разогревает стенки формы; кроме того, металл в прибыли в конце заливки оказывается наиболее горячим и затвердевает медленнее, чем в остальных частях отливки.

Необходимо помнить, что прямые прибыли питают ограниченную часть отливки, которую называют зоной действия прибыли. Последняя определяется толщиной питаемой стенки отливки, условиями затвердевания отливки сбоку от прибыли и условиями подвода расплава к полости формы.

Рис. 8.22.

а - шаровой; б - полушаровой; в - полушаровой срезанной; г - конусной; д - полушаровой вытянутой; е - конусной вытянутой

Анализ схемы (см. рис. 8.16) показывает, что для лучшего использования прибылей необходимо использовать захолаживающее действие торцов отливки, располагая прибыли ближе к средней части питаемой стенки. Кроме того, целесообразно сочетать установку прибылей с установкой между ними наружных холодильников. Для отливок с разной толщиной стенок прибыль целесообразнее всего устанавливать на наиболее массивной части отливки, если это не послужит причиной появления других дефектов, в частности, горячих трещин.

При конструировании прямых прибылей приходится решать вопрос о выборе минимального диаметра прибыли и рациональном способе сочленения прибыли с отливкой. Для решения этого вопроса П.Ф. Василевский рекомендует разделить все отливки на две группы (см. рис. 8.12):

• горизонтально расположенные типа плит, фланцев, дисков;
• вертикально расположенные типа плит, цилиндров, ступиц, зубчатых венцов.

Для первой группы диаметр прибыли всегда будет меньше ширины питаемой отливки, и его приходится поэтому выбирать по толщине отливки. Чтобы усадочная раковина из прибыли не проникла в тело отливки, можно проверить ее действие методом вписанных изотерм, как показано на рис. 8.23.

Проведя такую проверку и подтвердив ее производственными данными, П.Ф. Василевский рекомендует для первой группы отливок принимать диаметр прибыли в зависимости от толщины стенки прибыли по данным, приведенным в табл. 8.2. Сочленение таких прибылей с отливкой осуществляют обычно формовочной галтелью на переходе от отливки к прибыли.

Для второй группы отливок, по данным П.Ф. Василевского, можно использовать сведения из табл. 8.3. Сочленение прибылей с

Рис. 8.23.

Рис. 8.24.

1 - 25; 2 - 50; 3 - 75; 4 -100

отливками осуществляют с использованием технологических напусков, обеспечивающих направленное затвердевание и питание отливки. Выбирать форму напуска лучше всего методом вписанных окружностей, как показано на рис. 8.24. Для очень высоких плит и цилиндров напуск можно выбирать по графику, полученному экспериментально Р.У. Раддлом. Невысокие отливки часто питаются прибылью без напуска.

Боковые прибыли применяют чаще всего тогда, когда более массивные узлы отливки располагаются в нижней или средней части формы и установить над ними прямые прибыли не удается. Боковые прибыли широко используются при машинной формовке сравнительно мелких отливок из стали и ковкого чугуна, так как такую прибыль можно формовать по модели, закрепленной на подмодельной плите. К ней легко подвести питатели литниковой системы и, тем самым, обеспечить наиболее горячий расплав в полости прибыли. Боковые прибыли часто применяют при литье из серого чугуна, потому что их легче отделять от отливок.

При конструировании боковых прибылей необходимо строго следить за тем, чтобы металл не затвердевал в прибыли и в переходе от прибыли к отливке раньше, чем затвердеет металл в отливке.

Рис. 8.25.

Для обеспечения такого направленного затвердевания П.Ф. Василевский рекомендует следующие соотношения размеров боковых прибылей (рис. 8.25):

• диаметр прибыли в зоне сочленения с отливкой от 1,8 до 2,5 толщины питаемого узла отливки Т;
• высота перехода от отливки к прибыли (1,3...1,7)7’;
• ширина перехода от отливки к прибыли (1,2...1,5)7’;
• длина шейки прибыли (ш минимально возможная, d m = = 1,2/ ш + 0,ld np . Длину зоны действия боковой прибыли принимают равной (4...6)Т.

При применении боковых закрытых прибылей, установленных в нижней части отливки, может возникнуть нежелательный эффект обратного питания, когда расплав будет подаваться не из прибыли в отливку, а наоборот, из отливки в прибыль. Это явление наблюдается при недостаточной высоте прибыли и при достаточно массивных стенках отливки выше питаемого узла. В последнем случае боковые прибыли надо применять совместно с холодильниками, чтобы обеспечить направленное затвердевание от питаемого узла отливки к прибыли.

В закрытых прибылях затвердевшая корка металла образует плотный и достаточно прочный сосуд, внутрь которого не проникают воздух и газы из стенки формы. При образовании внутри этого сосуда усадочной раковины создается разрежение, ухудшающее условия подачи и питания расплава из прибыли в отливку. Чтобы устранить вакуум в усадочной раковине, закрытые прибыли выполняют с коническим углублением в верхней части или, при более крупных прибылях, сверху в полость прибыли вставляют стержень из смеси песка с органическим крепителем. Формовочная смесь в коническом углублении быстро нагревается от залитого металла, и затвердевшая корка около нее образуется значительно позже. Усадочная раковина в этом случае соединяется с атмосферой через поры смеси. Стержень, вставленный в закрытую прибыль, также соединяет полость усадочной раковины с атмосферой, кроме того, из стержня при его нагреве начинают выделяться газы, что способствует сохранению в усадочной раковине атмосферного давления. Вот почему такие прибыли называют прибылями с атмосферным давлением.

Для еще большего давления в прибыли можно применять прибыли со сверхатмосферным (газовым) давлением. Они могут быть прямыми и боковыми, но обязательно закрытыми. Для создания сверхатмосферного давления в прибыль вставляют керамический патрон с газообразующим зарядом. Чаще всего в качестве заряда используют мел, который при нагреве до 750...800 °С разлагается с выделением углекислого газа. Выделение газа должно начинаться тогда, когда на поверхности прибыли и всей отливки образуется плотная корка затвердевшего металла, а в литниковой системе металл затвердеет полностью. Выделяющийся из керамического патрона газ создает в полости усадочной раковины избыточное давление, и питание отливки значительно улучшается. Давление облегчает борьбу не только с концентрированными усадочными раковинами, но и с усадочной пористостью в отливках. Период выделения газа регулируется подбором толщины керамического патрона. Чтобы патрон прогревался жидким расплавом в течение всего периода питания отливки из прибыли, его устанавливают так, чтобы он не попал в область образования усадочной раковины, т.е. ставят в нижней части прибыли. Следует иметь в виду, что прибыли со сверхатмосферным давлением требуют очень четкого соблюдения предусмотренного расчетом режима заливки и затвердевания отливки. В противном случае выделение газа либо запоздает и намеченный эффект не будет достигнут, либо расплав будет

Рис. 8.26.

выброшен из формы, а отливка окажется пустой, если выделение газа начнется ранее предусмотренного времени.

Конструкции закрытых прибылей с атмосферным и сверхатмосферным давлением показаны на рис. 8.26.

Все прибыли после получения отливки приходится удалять. Стремление литейщиков облегчить процесс их удаления привело к созданию конструкций легкоотделяемых прибылей. Для чугунного литья, чтобы получить легкоотделяемую прибыль, часто достаточно сделать ее с небольшим пережимом в основании. Такой пережим позволяет отбивать прибыль молотком или специальным бойком без разрушения самой отливки. Для сталей и других вязких сплавов в основании прибыли приходится делать глубокий тонкий надрез с помощью специального разделительного стержня. Чем меньше стержень, тем меньше его влияние на режим питания отливки прибылью и тем меньше можно сделать питающее отверстие в этом стержне для передачи расплава из прибыли в отливку, тем легче отделяется прибыль. Минимальная толщина стержня лимитируется технологическими возможностями его изготовления, прочностью стержня, жесткостью (отсутствием коробления при нагреве) и способностью отводить газы, образующиеся в материале стержня при нагревании от залитого расплава. Вот почему для малых прибы-

Рис. 8.27.

1 - прибыль; 2 - разделительный стержень; 3 - питающее отверстие; 4 - отливка

лей рекомендуется стержень выполнять из тонкой металлической пластины, покрытой с обеих сторон толстым слоем формовочной краски и хорошо просушенной перед употреблением. Для более крупных прибылей чаще всего используют стержни из шамотной смеси с прокалкой перед употреблением. Конструкции легкоотделяемых прибылей при этом приобретают вид, показанный на рис. 8.27.

Устранение усадочных пустот может быть достигнуто также прессованием затвердевающей отливки поршнем. Поршень может иметь конфигурацию, соответствующую верхней фасонной поверхности отливки. В таком виде процесс называется кристаллизацией под давлением (в отличие от литья под давлением, когда последнее действует только при заполнении формы металлом).

В условиях поршневого прессования усадка металла компенсируется непрерывной деформацией затвердевающей части отливки; усадочная раковина не образуется и прибыль не нужна.

На работу прибыли и формирование усадочной раковины оказывает влияние вибрация. Под ее воздействием область усадочной раковины приобретает форму блюдечка, ее глубина уменьшается и размер прибыли, в принципе, может быть уменьшен.

На эффективность работы прибыли оказывает влияние способ заливки форм и режим разливки металла.

При сифонном заполнении форм устанавливается неблагоприятный температурный градиент по высоте, что приводит к вытягиванию усадочной раковины. В этом случае сечение и высоту прибыли необходимо увеличить. Таким образом, заливка сверху повышает выход годного.

Можно значительно уменьшить размеры прибылей, если применить заливку сверху с уменьшенной скоростью наполнения. При медленном наполнении поступающий жидкий металл уже во время заливки компенсирует начавшуюся в отливке усадку.

Кроме малой скорости заполнения необходима «подпитка» прибыли отливок (подкачка). К концу заполнения формы на несколько секунд закрывают стаканчик стопором, прекращают подачу стали из ковша. Затем в прибыль вновь добавляют некоторое количество жидкого металла. Делается это через литниковую систему, происходит как бы подкачка металла в прибыль. Добавленный металл идет на заполнение того сокращенного объема, который уже образовался в отливке. Благодаря этому уменьшается объем усадочной раковины и прибыли.

Несмотря на значительную эффективность применения, длительная подпитка в практике ограничена. Подпитывают обычно только несколькими перекрытиями стопора во время заполнения прибыли. Длительная подпитка задерживает разливку, создает опасность примерзания пробки к стаканчику ковша.

Для больших отливок, заливаемых с открытыми прибылями, наиболее эффективна для уменьшения их размеров прямая доливка. Через определенное время после заливки в прибыль крупных отливок добавляют новую порцию жидкого металла. Этот метод способствует направленному затвердеванию, сохраняя в прибыли горячий металл более длительное время, и повышает качество металла и технологический выход годного.

Во многих случаях при сифонной заливке в отливках создаются неблагоприятные температурные градиенты. Значительное улучшение температурного градиента может быть достигнуто применением метода частичного или полного поворота формы после заливки металла. При этом повышается металлостатическое давление в прибыли, которое благоприятно действует при затвердевании металла.

Метод поворота или наклона формы эффективен только в тех случаях, когда применяются прямые прибыли (прибыли прямого действия).

Поворотные способы отливки требуют устройства поворотных приспособлений, чтобы после заливки формы могли поворачиваться немедленно.

В последнее время для устранения усадочных дефектов и повышения выхода годного находит применение суспензионная заливка.

Контрольные вопросы

• 1. Что такое прибыль? Назовите необходимые условия для ее эффективной работы.
• 2. Назовите типы прибылей и их назначение.
• 3. Перечислите основные правила выбора места расположения прибылей.
• 4. Опишите методику и основные положения расчета прибылей по методу Б.Б. Гуляева.
• 5. Опишите методику и основные положения расчета прибылей по методу А.А. Рыжикова.
• 6. В чем заключается сущность расчетов прибылей по П.Ф. Василевскому и И. Пржибылу?
• 7. Для чего необходимо знать зону действия прибыли и как ее можно увеличить?
• 8. Назовите основные способы повышения эффективности работы прибылей.

Короткий путь http://bibt.ru

§ 5. Пути повышения качества отливок

Повышение качества отливок обеспечивается проведением в литейном цехе целого комплекса организационных и технических мероприятий.

Важное значение для улучшения качества выпускаемых отливок имеет состав формовочной смеси. Обеспечение участка качественными исходными материалами, подача оборотной смеси в смесители в охлажденном состоянии, качественная сепарация и просеивание отработанной смеси, точное дозирование компонентов, в частности связующего, благоприятно влияют на улучшение качества отливок. Большое значение имеет хорошо налаженный регулярный контроль свойств формовочных материалов в лаборатории цеха и в первую очередь контроль прочности и газопроницаемости.

Качество отливок зависит и от состояния технологической оснастки. Деревянные модельные комплекты покоробленные, с трещинами не способствуют достижению размерной точности. Коробление опок при изготовлении форм, особенно крупных, недопустимо, это приводит к перераспределению нагрузок в плоскости разъема, смятию формы, а также утечке металла из нее.

Уплотнение формы необходимо проводить строго в соответствии с технической инструкцией. При изготовлении крупных форм целесообразно применять холоднотвердеющие и жидкоподвижные смеси, не требующие уплотнения. Малая шероховатость поверхностей отливок обеспечивается использованием противопригарных покрытий форм.

Большое значение для получения качественных отливок имеет непрерывное повышение квалификации формовщиков бригады на различных курсах.

Важно иметь в цехе четко налаженный контроль выполнения всех операций по изготовлению литейных форм, правильно выполнять указания технологических инструкций, улучшать санитарно-гигиенические условия работы.

Внедрение новейших достижений науки и техники, повышение культуры производства в литейном цехе служат непременным условием выпуска качественной продукции.

Контрольные вопросы

1. Назовите особенности формирования отливок.

2. Расскажите о методах контроля качества форм, стержней, применяемых в литейном производстве.

3. Перечислите дефекты отливок, возникающие при ручной формовке.

4. Назовите мероприятия, способствующие повышению качества отливок.