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

ет большой экономиче­ ский эффект при получении особо сложных деталей.

В качестве примера можно сослаться на опыт Подоль­ ского завода швейных машин имени М. И. Калинина,' где применение нового метода произвело коренную ломку технологии и дало весьма значительный эконо­ мический эффект.

Сетка челнока швейной машины, масса которой в готовом виде составляет 20 г, ранее изготовлялась пу­ тем механической обработки — ее точили и фрезерова­ ли из прутка автоматной стали массой 42 г. Переход с механической обработки прутка на литье по выплав­ ляемым моделям устранил 27 операций механической обработки и сократил расход металла на 90%, высво­ бодил на 44% оборудование, позволил сократить про­ изводственные площади на 40%.

В настоящее время на многих отечественных пред­ приятиях (Московский, Минский, Горьковский авто­ заводы и др.) успешно работают комплексно-механи­ зированные и автоматизированные цехи, производя­ щие точные отливки методом литья по выплавляе­ мым моделям. Это стало возможным благодаря выпуску отечественной промышленностью автомати­ зированного оборудования для приготовления модель­ ных составов, нанесения на модельные блоки огне­ упорной суспензии и их обсыпки, а также обжига форм.

Директивами XXIV съезда КПСС предусматривает­ ся увеличить выпуск машин для литья по выплавляе­ мым моделям по сравнению с 1965 г. в 10 раз.

Благодаря развитию химии полимеров в последние

140

годы литейщики получили новый перспективный ма­ териал для «исчезающих» моделей — пенополистирол. Он позволил разработать новую, прогрессивную тех­ нологию получения точных отливок, которую ныне принято называть — «литье по газифицируемым мо­ делям».

Пенополистирол обладает специфическими свойст­ вами, очень важными для модельных материалов: он в 50—100 раз легче дерева, легко режется горячей проволокой. Склеивая отдельные его куски простой формы, можно получать модели различной, более сложной конфигурации, отличающиеся большой точ­ ностью, так как формовочные уклоны для выжигае­ мых моделей не нужны.

Технологический процесс получения отливок по га­ зифицируемым моделям применяется для получения отливок массой до 3,5 т из чугуна, стали и цветных сплавов и имеет специфические особенности (рис. 53): полистироловая модель отливки с приклеенными к ней пенополистироловыми элементами литниковой систе­ мы заформовывается обычным способом в опоке пес­ чано-глинистой формовочной смесью, а полученная форма с находящейся в ней моделью заливается рас­ плавом. Отливка образуется путем заполнения рас­ плавом полости формы, полученной в результате выжи­ гания им пенополистироловой модели.

Совсем недавно было предложено при литье по га­ зифицируемым моделям использовать вместо песча­ ных смесей ферромагнитные наполнительные материа­ лы — металлические пески и дробь. При такой техно­ логии модели из пенополистирола подвешиваются в опоке и засыпаются сыпучим ферромагнитным мате­ риалом. Для лучшего воспроизведения контура модели в форме применяется вибрация. Перед заливкой рас­ плава в форме наводится магнитное поле, которое скрепляет частицы формовочного материала и удер­ живает их во время заливки и кристаллизации рас­ плава до образования на поверхности отливки прочной корки. После выключения магнитного поля формо­ вочный материал вновь становится сыпучим. Его после извлечения отливки охлаждают и снова исполь­ зуют. Особые преимущества нового процесса заклю­ чаются в отказе от трудоемкой набивки и выбивки

141

расплав

а) б) в) і)

Рис. 53. Схема процесса получения отливки при литье по газо-

фицируемым моделям:

песчано-глинистых смесей.

Опытно-промышленная проверка рассмотренного технологического процесса литья по газифицируемым моделям при использовании ферромагнитных формо­ вочных материалов на заводах сельскохозяйственного машиностроения показала, что масса отливок сни­ жается за счет уменьшения припусков на механичес­ кую обработку на 15—30%, а себестоимость 1 т отли­ вок — на 40—60 руб.

Выжигание полистирола при литье по газифицируе­ мым моделям экономически нецелесообразно. Учиты­ вая это, одесский ученый А. Чудновский разра.ботал способ возрождения сгорающего полистирола. Он предложил более экономичную технологию литья, при которой формы с пенополистирол'овыми моделями устанавливают в нагревательную печь для их выжига­ ния, а образующийся при - этом газ направляют в змеевик, охлаждаемый проточной водой. После кош денсации газа образуется жидкость — стирол, которая служит исходным продуктом для получения пенопо­ листирола. Таким образом, цикл замыкается. Реали­ зация этого изобретения сделает процесс литья по га­ зифицируемым моделям еще более экономичным.

Наряду с выплавляемыми и выжигаемыми — гази­ фицируемыми моделями литейщики используют ра­ зовые «исчезающие» стержни. Так, при получении отливок с отверстиями и каналами небольшого диа­ метра, когда песчаные стержни не могут быть исполь­ зованы из-за трудности их удаления, применяют ме­

142

копили

И ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС

ущественным недостатком большинства песчаных Сформ является их недолговечность. В таких фор­

мах можно получить только одну отливку. Этот не­ достаток устраняется при использовании кокилей.

Что такое кокиль? Какими преимуществами обла­ дают кокили по сравнению с песчаными формами?

Кокилем называют металлическую литейную фор­ му, в которую расплав заливается из разливочного ковша под действием собственной силы тяжести. Обла­ дая более высокой теплопроводностью по сравнению с песчаными формами (теплопроводность чугунного ко­ киля 42, а песчано-глинистой формы 0,65 ккал/м час°С), кокили обеспечивают более мелкозернистую структуру, а следовательно, более высокие механичес­ кие свойства отливок. Кокили давно известны литей­ щикам: их впервые стали применять в XVI веке для отливки чугунных пушечных ядер, а в первой четверти XIX века — прокатных валков с отбеленной поверх­ ностью.

В современных условиях литье в металлические кокили широко применяется в серийном и массовом производстве самых разнообразных отливок и изделий с толщиной стенок 3 -г- 100 мм из медных, алюминие­ вых и магниевых сплавов, а также из чугуна и стали, масса которых колеблется в широких пределах: для цветных сплавов — от 100 г до 500 кг, для чугуна — от 100 г до 14 т и для стали — от 0,5 кг до 12 т. В ка­ честве материала кокилей наиболее широко исполь­

144

зуется обыкновенный серый и высокопрочный чугун с шаровидным графитом. В годы второй мировой войны был предложен способ литья в алюминиевые кокили. В них получают отливки из различных сплавов массой от 10 г до 160 кг, с толщиной стенок до 1,6 мм и точ­ ностью, приближающейся к точности отливок, изго­ товленных литьем под давлением (см. табл. 1). Для повышения термической стойкости на рабочей поверх­ ности алюминиевого кокиля электролитическим спосо­ бом создается пленка окиси алюминия, обладающая высокой твердостью и жароупорностью. Повышенная (по сравнению с чугунными) теплопроводность алюми­ ниевых кокилей обеспечивает выпуск отливок с мелко­ зернистой структурой и высоким качеством поверх­ ности.

Стойкость широко применяемых чугунных и сталь­ ных кокилей при получении чугунных отливок неболь­ шой массы достигает 5 тыс., а при получении отливок из легких .сплавов — 10 тыс. заливок. По конструк­ тивным особенностям кокили делятся на несколько типов: неразъемные (вытряхные) и разъемные — с

вертикальной, горизонтальной и комбинированной плоскостями разъема.

Большое преимущество кокильного способа литья заключается в его простоте и малооперационности тех­ нологического процесса. Благодаря освоению этого прогрессивного процесса отпала необходимость в изго­ товлении и разрушении формы (как это имеет место при использовании песчаных форм) после получения каждой отливки, что открывает широкие возможности для механизации и автоматизации.

Технология литья в металлические формы обычно включает операции подготовки кокиля к заливке (подогрев до 200—250° и нанесение на подогретую ра­ бочую поверхность огнеупорного покрытия), его сборку (установку песчаных стержней, соединение

искрепление частей кокиля) и заливку расплавом. После выдержки с целью проведения процесса кри­ сталлизации расплава производится раскрытие кокиля

иизвлечение из него отливки.

Принимая во внимание огромные преимущества кокильного способа литья, в нашей стране были про­ ведены всесторонние исследования его параметров и

условий получения качественных отливок. В результа­

многочисленных научных организаций, конструктор­ ских бюро и заводов в сравнительно короткие сроки в нашей стране были разработаны методы расчета лит­ никовых систем, теоретические основы для обеспече­ ния заданных условий регулирования тепловых режи­ мов кокилей (они важны для установления режимов подогрева кокилей перед заливкой и их охлаждением после извлечения отливки), составы огнеупорных по­ крытий для рабочей поверхности кокилей при получе­ нии всевозможных видов отливок, большое число ори­ гинальных конструкций кокилей, контрольная аппара­ тура и многое другое. Была создана мощная научнопроизводственная база кокильных способов литья, включающая НИИСЛ и Тираспольский завод литей­ ных машин имени С. М. Кирова. Все это обеспечило благоприятные условия для внедрения кокильного процесса литья на большом числе отечественных пред­ приятий и вывело СССР на первое место в мире по производству отливок этим прогрессивным методом литья.

Всовременных литейных цехах серийного произ­ водства процессы литья в кокиль механизируют при­ менением механических, пневматических и гидравли­ ческих станков. В условиях крупносерийного и массо­ вого выпуска отливок литье в кокиль осуществляется на карусельных установках, литейных конвейерах и линиях, позволяющих организовать высокопроизво­ дительные поточные методы труда.

Внастоящее время успешно работают кокильные линии, а также комплексно-механизированная линия для кокильной отливки деталей из высокопрочного и обыкновенного серого чугуна модели А-35. Последняя

втечение пяти лет успешно используется для отливки стоек корпусов тракторных плугов на Одесском заво­

де сельскохозяйственного машиностроения имени Октябрьской революции. Проектная мощность этой линии достигла 1200 т отливок в год, а ее внедрение позволило заводу сэкономить 1300 тыс. руб. и 8 тыс. т металла. В настоящее время поставлена задача созда­ ния автоматических систем управления работой ко­

146

кильных установок с помощью программирования, что сведет роль рабочих к функциям наладки и осмотра оборудования.

.Широко применяется кокильный метод литья на предприятиях Москвы и Московской области: длитель­ ное время работает линия по выпуску чугунных отли­ вок на заводе «Водоприбор», фасонные части труб из­ готовляются на автоматизированных кокильных ли­ ниях конструкции Гипросантехпрома, сложные ответ­ ственные отливки из алюминиевых и магниевых спла­ вов в кокилях производит Балашихинский литейно-ме­ ханический завод и др.

Высокие скорости кристаллизации расплава в ме­ таллическом кокиле часто приводят к образованию на поверхности чугунных отливок твердой корки отбела, затрудняющего их механическую обработку. Кроме того, непосредственный контакт расплава с рабочей поверхностью кокиля отрицательно сказывается на его стойкости. С учетом этого в последние годы был предложен процесс литья в кокили с термоизоляцион­ ной облицовкой. На рабочую поверхность кокилей пес­ кодувной или пескострельной машиной наносится тон­ кий (4—6 мм) слой песчано-смоляной смеси.

На основе обширных исследований основных пара­ метров данной технологии в настоящее время разра­ ботаны автоматические линии массового и крупносе­ рийного производства чугунных и стальных отливок распределительных валов автомобильных и трактор­ ных двигателей, крышек н корпусов букс железнодо­ рожных вагонов и других деталей. Внедренная на харь­ ковском моторостроительном заводе «Серп и молот» комплексно-автоматизированная линия модели А-76 конструкции одесского НИИСЛ для литья коленчатых валов двигателя СМД-14 в облицованные кокили при­ носит заводу около 900 тыс. руб. в год. Серийное про­ изводство таких линий организовано на Тирасполь­ ском заводе литейных машин имени С. М. Кирова.

Облицовка кроме предупреждения отбела и по­ вышения долговечности кокиля сокращает массу получаемых отливок за счет снижения припусков на механическую обработку и массы прибылей, позволяет управлять процессом теплообмена и создавать наибо­ лее выгодные условия для формирования отливок. Это

положительно сказывается на их механических и экс­ плуатационных свойствах.

При получении особо крупных отливок термоизоля­ ционная облицовка позволяет резко повысить стой­ кость и расширить область применения кокилей. Так, при отливке крупных (массой 9 т) стальных лопастей рабочих колес радиально-осевых турбин Красноярской ГЭС использовали чугунный кокиль с полуметалличе­ скими рабочими поверхностями. Последние образовы­ вались выступающими на 10—15 мм и расположенны­ ми в шахматном порядке бобышками кокиля, проме­ жутки между которыми заподлицо футеровались жид­ костекольной формовочной смесью. Путем изменения толщины футеровки, образующей толстые и тонкие части лопасти колеса турбины, в кокиле создавали пе­ ременный (волнистый) фронт кристаллизации распла­ ва, что позволило свести к минимуму возникающие в отливках термические напряжения, избежать образо­ вания в них деформаций и трещин.

Для повышения механических свойств отливок со­ ветскими специалистами была предложена технология

кокильного литья с использованием ультразвука. Для включения в систему высокочастотных колебаний ко­ киль 1 (рис. 54, п) монтируется на железном сердечни­ ке 2, наружный конец которого припаивают оловянной прослойкой 3 к магнитострикционному излучателю 4. Заливаемый в полость формы расплав подвер­ гается воздействию ультразвуковых волн благодаря соприкосновению с железным сердечником. Повыше­ ние механических свойств кристаллизующегося рас­ плава происходит за счет большого местного давления, создаваемого ультразвуковыми волнами. При получе­ нии чугунных отливок такой процесс позволяет дро­ бить структурные составляющие — феррит, цементит, а также неметаллические включения. При этом графит приобретает пылеобразную форму и равномерно рас­ пределяется по сечению отливки. Благодаря такой об­ работке обыкновенный серый чугун превращается в высокопрочный, приближающийся по свойствам к ста­ ли. Его структура становится равномерной по всему сечению отливки, предел прочности на растяжение при литье в кокиль повышается с 18—22 до 55—65 кг/мм2, а сопротивление на истирание — в 10 раз и выше.

148