Файл: Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства.pdf

носталелитейных цехах надежное питание мас­ сивных мест крупных стальных отливок обеспе­ чивается применением,.

прибылей, работающих

робочку с мелом. После заливки формы 1 расплавлен­ ной сталью мел в коробочке разлагается по реакции СаСОз^СаО + СОо. Образующийся прн этом углекис­ лый газ вытесняет расплав из полости прибыли и, таким образом, обеспечивает принудительное питание формирующейся отливки 6. Большая эффективность метода наглядно демонстрируется значительным объе­ мом усадочной раковины 2, обнаруживаемой после отрезки прибыли от отливки.

Еще более эффективными являются прибыли,

оформляемые в стержнях, сделанных из экзотермиче­ ской смеси (рис. 33). На Уральском заводе тяжелого машиностроения применяется экзотермическая смесь, в состав которой входят (в весовых процентах) : поро­ шок алюминия — 2,8, 75-процентный ферросилиций — 4,3, древесные опилки — 7,6, окалина (окислы желе­ за) — 6,2, древесный уголь — 56,5, жидкое стек­ ло — 22,6. Содержащийся в смеси термит (порошок алюминия + окислы железа) загорается после залив­ ки стали в форму и, выделяя большое количество теп­ ла (температура металла в прибыли повышается на 100:300°), обеспечивает хорошее питание остываю­ щей отливки. Небольшой размер прибыли при этом обусловливается тем, что до конца формирования от­ ливки (этот процесс на рис. 33 показан линиями-сло­ ями кристаллизующегося расплава, называемыми изосолидусами) отсутствует процесс остывания и пи­ тания самой прибыльной части. Подсчитано, что 1 т экзотермической смеси экономит в среднем 11 т жид-

99

• ' • 'у

77ТПkr тп

до 20 т.

Конструкции литых цилиндров, стопорных клапа­ нов, паровых и сопловых коробок из жаропрочных ста­ лей обычно отличаются разностепенностью и наличием массивных мест. Для получения качественных отливок для таких деталей литейщики используют принцип на­ правленной кристаллизации расплава в форме, при котором более тонкие нижерасположенные сечения питаются из вышерасположенных более массивных элементов отливок и расплавом из прибыли. Однако принцип направленной кристаллизации не всегда по­ могает. Так, при получении с его помощью отливки па­ ровой коробки (ее размер 965X816X600 мм и масса

600 кг) в предприбыльной зоне и сочленениях патруб­ ков наблюдалась усадочная пористость, а в термиче­ ских узлах — раковины. Замеры температурных полей показали, что в районе питания (около прибыли) рас­ плав при затвердевании отливки оказался горячей, чем в слоях, лежащих выше. Следовательно, средняя зона не получает достаточного питания.

Качественные отливки были получены при заливке формы с поворотом ее на 100—105° при помощи спе­ циально созданного кантователя (рис. 34). Поворот формы обеспечил надежное питание отливки из за­ крытой прибыли, в которую подводился расплав во время заливки.

100

Рис. 34. Кантователь литейной формы:

Z — поворотная металлическая. рама; 2 — форма; 3 — бетонный фунда­ мент; 4 — основание кантователя; 5 — роликовые опоры; 6 — механизм поворота с электродвигателем.

На рис. 35 представлен современный экономич­ ный метод литья, в котором применена установка для поворота формы. Этот метод осуществлен на Коло­ менском тепловозостроительном заводе при отливке коленчатых валов двигателя тепловоза ТЭ-3 массой 1450 кг из высокопрочного чугуна с шаровидным гра­ фитом. Форма 1 устанавливается для заливки наклон­ но под углом 7-:-8° к горизонту, а после заполнения расплавом через чашу 2 поворачивается на опорах 3 на 90°. Кристаллизация расплава и формирование от­ ливки происходят в вертикальном положении. Такая технология позволила сократить число прибылей до одной, в то время как в стационарной форме их уста­ навливали на каждом колене вала.

Усложненные методы литья литейщикам приходит­ ся также применять из-за нетехнологичности литейно­ го сплава, назначенного для получения детали. Учи­ тывая низкую жидкотекучесть и склонность к повы­ шенной усадке специальных легированных сталей, а также сплавов на основе титана и других редких ме-

101

2

Рис. 35. Поворотная форма для отливки коленчатого вала:

а) — во время заливки; б) — в процессе формирования отливки.

таллов, в отдельных литейных цехах применяют спе­ циальные конструкции форм, выполненных заодно с заливочным ковшом. Для постепенного поворота фор­ ма снабжается приводом. С той же целью заливку та­ ких сплавов ведут во вращающиеся центробежной ма­ шиной формы, а также в формы, нагретые до высокой (850—900°) температуры, что имеет место при литье в неразъемные керамические формы, получаемые по выплавляемым моделям.

Алюминиевые сплавы склонны к усадочной порис­ тости, которая выражается в виде мелких пор, распре­ деленных по всей массе отливки. Советские ученые академик А. А. Бочвар и профессор А. Г. Спасский предложили метод получения плотных алюминиевых отливок путем заливки литейных форм в автоклаве. Автоклав представляет собой стальную цилиндриче­ скую камеру, в торцовых стенках которой предусмот­ рены дверцы для ввода и извлечения литейных форм (это делается с помощью рольганга), а также зали­ вочные люки, расположенные в потолке автоклава. После введения формы и ее заливки расплавом дверцы и заливочные люки автоклава герметически закры­ ваются, и в нем создается давление, достигающее 4— 6 ат. Это давление поддерживается до полного затвер­

102

девания отливки, после чего сжатый воздух из авто­ клава выпускают, а форму выкатывают и заменяют новой. Давление сжатого воздуха, действуя на металл прибылей, препятствует выделению газов из твердого раствора расплава, благодаря чему полностью устра­ няется брак по усадочным и газовым раковинам. Учи­ тывая трудоемкость заливки форм в автоклаве, ее при­ меняют только при получении особо ответственных отливок авиационного назначения.

Для получения высококачественных отливок в по­ следние годы стали применять суспензионный метод заливки. Он отличается тем, что в струю заливаемого в форму расплава вводится регулируемое количество микрохолодильников. При получении чугунных отли­ вок в качестве микрохолодильников применяют дробь из чугуна того же состава, а при получении стальных и алюминиевых отливок — порошки, близкие по крис­ таллофизическим характеристикам обрабатываемому сплаву.

Микрохолодильники благодаря снижению темпе­ ратуры расплава уменьшают усадку и развитие уса­ дочных дефектов, измельчают структуру массивных чугунных отливок, устраняют столбчатую структуру, осевую пористость, ликвацию и горячие трещины в стальных отливках, улучшают структуру отливок из алюминиевых сплавов.

Много внимания уделяют литейщики автоматиза­ ции управления тепловыми процессами литья. Автома­ тизация процессов затвердевания крупных стальных отливок (массой до 100 т) с толщиной стенки до 80 мм проводится для повышения плотности. Она происходит при кристаллизации расплава и формировании отли­ вок с так называемой критической скоростью за­ твердевания (35—40° в минуту). Для отливок со стен­ ками более 80 мм управление процессами затвердева­ ния и их стабильность достигаются принудительным охлаждением.

Предложенная в нашей стране установка для при­ нудительного охлаждения представляет собой много­ слойную форму, состоящую из прослойки формовочной смеси и элементов охлаждения, выполненных в виде сплошных массивных или тонкостенных полых холо­ дильников. Через полости холодильников пропускает­

103

ся воздух, воздушно-водяная смесь или вода. Создание оптимальных тепловых процессов затвердевания в по­ добной установке достигается за счет варьирования толщин слоя формовочной смеси и холодильника, а также установления оптимальной температуры залив­ ки расплава.

Интенсивность охлаждения значительно повышает­ ся при подаче в элементы охлаждения воздушно-во­ дяной смеси, создающей испарительное охлаждение. Для подачи в систему охлаждения требуемого коли­ чества воды в ЦНИИТмаше разработана и внедрена на Южно-Уральском машиностроительном заводе спе­ циальная установка. Она состоит из реле времени (по которому задаются режимы подачи воды и воздуха), двух электромагнитных вентилей, автоматически вклю­ чающих и выключающих подачу воды и воздуха, вось­ ми водопроводных вентилей и системы труб и шлангов для подвода воды и воздуха.

Предложенный метод одновременно позволяет в 15ч-20 раз сократить продолжительность затвердева­ ния отливок и дает возможность регулировать тепло­ вые процессы в отливках с большой толщиной стенки

(до 300—330 мм).

При необходимости придать отливкам специаль- • ные свойства в литейных цехах применяют поверхност­ ное легирование отливок. Сущность метода состоит в том, что на рабочую поверхность литейной формы или ее части наносится слой краски, сухой порошок или облицовочная смесь, содержащие легирующие элемен­ ты. Во время заливки формы расплавом и в период протекания процесса его кристаллизации происходит насыщение поверхности отливки легирующими эле­ ментами, благодаря чему ее структура и свойства из­ меняются в требуемом направлении.

Используемые для поверхностной обработки отли­ вок легирующие элементы делятся на карбидообра­

марганец и др.) применяются для повышения износо­ стойкости отливок, а графитизирующие (крем­ ний, титан, алюминий и др.) — с целью устранения отбела, уменьшения внутренних напряжений, а также улучшения обрабатываемости отливок.

104

На Горьковском автозаводе поверхностному леги­ рованию теллуром подвергались чугунные шнеки дро­ беструйных машин, работающие в условиях сильного абразивного износа. Теллур наносился на рабочую по­ верхность формы в виде краски (50% теллура в по­ рошке, 35% бентонита и 15% декстрина). Вода добав­ лялась до плотности краски 1,35—1,4 г/см3. Такое по­ верхностное легирование, связанное с повышением скорости кристаллизации расплава в форме, увеличи­ вало срок службы шнеков в 7—10 раз.

Поверхностное легирование алюминием позволило резко снизить брак по отбелу при получении отливок блока цилиндров автомобильного мотора на том же заводе.

Сочетание карбидообразующих и графитизирующих легирующих элементов позволяет регулировать глубину отбеленного слоя, создает условия для про­ ведения направленной кристаллизации расплава при формировании отливки, улучшающей механические и эксплуатационные свойства литых деталей.

Повышение твердости деталей простой геометри­ ческой формы — втулок, гильз, шестерен и т. п. — мо­ жно осуществлять путем закалки отливок сразу же после их извлечения из формы. В это время они еще сохраняют достаточно высокую температуру, и, сле­ довательно, излишне специально нагревать их под за­ калку. Для снятия напряжений и уменьшения опасно­ сти образования трещин в качестве закалочной среды применяется горячая вода. Процесс закалки чугунных отливок непосредственно из опоки не требует специ­ ального оборудования и может быть освоен в каждом литейном цехе.

Высоко оценивая роль технолога, следует, однако, иметь в виду, что продуктивность его работы возмож­ на только при наличии постоянного и тесного содру­ жества с мастерами, конструкторами и опытными ра­ бочими-литейщиками, которое позволяет совершенст­ вовать технологические процессы литья. Содружество технолога с работниками цеха позволило разработать новые конструкции накладных, беззнаковых, раздели­ тельных и снабженных системой отсоса газов стерж­ ней, а также стержней специального назначения, что обогатило технологию получения отливок и расширило

105

стостенных песчано-глинис­ тых форм, когда в них уста­ навливаются массивные объ­

циального назначения (рис. 39) устраняют брак отливок по шлаковым, песчаным и усадочным рако­ винам, снижают расход расплава на прибыли и трудо­ емкость их отделения от отливок. Использование р азделительных стержней (рис. 40) позволяет вдвое увеличить число получаемых в форме отливок.

Результатом творческого содружества технологалитейщика с конструктором явились образцы высоко­ качественных весьма сложных литых стальных дета­ лей большой массы (100 т) с толщиной стенок 50 мм, с весьма сложными полостями, которые были пред­ ставлены несколько лет назад на выставке «Конструи­ рование и литье» в ФРГ. Успешному освоению их про­ изводства способствовало непосредственное участие литейщиков в конструировании. Особенностью произ­ водства этих отливок была тщательная проработка конструкций всех узлов, обеспечивающая условия на­ правленного их затвердевания, а также создание от­ крытых сложных внутренних полостей отливок. По­ следнее достигалось выполнением в отливках окон, ко­ торые впоследствии закрывались при помощи

Í06