Строение металлов (стр. 22 из 48)

Металлическая форма не обладает газопроницаемостью, поэтому конструкция формы должна обеспечивать удаление воздуха и газов при ее заливке. В форме наряду с выпорами предусматривают вентиляционные пробки (венты) и тонкие риски по плоскости разъема.

Металлическая форма неподатлива и оказывает сопротивление усадке отливки при затвердевании. Это затрудняет извлечение отливки из формы. Поэтому в кокилях часто предусматривают толкатели (рис.3.28, е).

Перед заливкой в кокиль металла рабочую поверхность кокиля окрашивают тонким слоем огнеупорной краски. Краска защищает поверхность кокиля от непосредственного контакта с жидким металлом и тем самым уменьшает износ формы. Кроме того, толщиной слоя краски можно регулировать интенсивность охлаждения отливки, так как краска менее теплопроводна, чем металлический кокиль. Окраску производят несколько раз в смену.

Рис. 3.28. Конструкции кокильных форм

Полости литниковой системы, прибылей, выпоров облицовывают теплоизоляционным материалом (например, асбестом) и окрашивают более толстым слоем краски. Металл в этих каналах будет затвердевать в последнюю очередь.

Перед началом работы кокили подогревают до температуры 200—300 °С. Если перед заливкой металла форма будет холодной, то из-за большой теплопроводности формы металл потеряет жндкотекучесть раньше, чем заполнит форму. К тому же при заливке в неподогретый кокиль его поверхность при контакте с жидким металлом испытывает «термоудар», что увеличивает износ формы.

Стойкость металлической формы зависит от ее материала, температуры заливаемого сплава и массы отливки. Наименьшую стойкость имеют кокили при заливке стали 10—50 шт. при производстве крупных отливок и 400—600 шт. — мелких. При литье алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов в кокиле можно получить от нескольких тысяч до сотен тысяч отливок.

3.10.5. Центробежное литье

Литейной формой являются обычно металлические формы, изготовленные из стали или чугуна. При центробежном литье металл заливают во вращающуюся форму, установленную на центробежной машине. В некоторых случаях форма приводится во вращение после заливки. Вращение формы осуществляется вокруг горизонтальной или вертикальной оси.

Машины с горизонтальной осью вращения применяют для отливки чугунных и стальных труб, втулок и других отливок тел вращения.

Рис. 3.29. Схемы центробежного литья.

а – с горизонтальной осью вращения формы; б – с вертикальной осью вращения формы; в – облицованные формы; г – в песчанные формы.

1 – ковш; 2 – форма; 3 – металл; 4 – желоб; 5 – облицовка.

Жидкий металл из ковша 1 (рис. 3.29, а) по желобу 4 заполняет вращающуюся форму 2. После затвердевания сплава 3 и остановки машины отливку клещами извлекают из формы. На машинах литья труб большой длины предусмотрено постепенное выдвижение желоба из формы или отход формы от желоба с целью ее равномерного заполнения.

На машинах с вертикальной осью вращения металл из ковша 1 (рис.3.29, б) заливают во вращающуюся форму 2. Под действием центробежных сил металл 3 прижимается к боковым стенкам формы. После затвердевания отливки вращение формы прекращают и отливку извлекают. В отливке наблюдается небольшая разностен-ность (внизу стенка отливки толще, чем сверху). Этот способ применяют для изготовления отливок небольшой высоты — втулок, колец, зубчатых колес, фланцев и т. п.

Металлические формы при центробежном литье, так же, как и при кокильном, предварительно подогревают и на поверхность наносят защитные покрытия. Для форм, вращающихся горизонтально, можно применять сыпучие покрытия, которые вводят в форму перед заливкой. Под действием центробежных сил порошок покрытия равномерно распределяется по всей цилиндрической поверхности формы.

При центробежном литье возможно применение облицованных форм — песчаных, керамических или собранных из стержней. В таких формах можно получать отливки тел вращения со сложной наружной конфигурацией (рис. 3.29, в). Для изготовления мелких фасонных отливок металл заливают в многоместную форму, установленную на вращающейся платформе (рис. 3.29, г).

Способ центробежного литья имеет следующие особенности. Металл заливается и кристаллизуется в форме под действием центробежных сил. Центробежные силы создают благоприятные условия для направленного затвердевания отливки (от стенок к свободной поверхности) и непрерывного питания затвердевающего слоя жидким металлом.

Отливки получаются плотными, без пористости и усадочных пустот. Неметаллические включения, имеющие меньшую плотность, чем металл, скапливаются на внутренней свободной поверхности. Поэтому на внутренней поверхности предусматриваются повышенные припуски на механическую обработку.

При центробежном литье полых изделий (труб, гильз, втулок и т. д.) отсутствуют стержни и литниковая система. Хорошее заполнение формы обеспечивается даже для сплавов с пониженной жидкотекучестью.

Недостатком данного способа является сильная ликвация. Например, при заливке свинцовой бронзы, склонной к ликвации, свинец центробежными силами отбрасывается к стенкам формы, а медь, как более легкая, вытесняется к свободной поверхности. С увеличением скорости вращения формы ликвация усиливается.

Центробежным способом чаще всего получают отливки чугуна, стали и цветных металлов, имеющие форму тел вращения, и реже фасонные. Например, из серого чугуна отливают водопроводные трубы длиной от 2 до 5 м, диаметром от 50 до 1000 мм и толщиной стенок от 7,5 до 30 мм.

Л Е К Ц И Я № 10

3.11 Изготовление заготовок пластическим

деформированием

Благодаря пластичности металлов, проявляющейся при деформации в холодном или горячем состоянии, можно изменять форму исходной заготовки, полученной, естественно, каким либо другим методом.

Возможность обработки металлов давлением во многом определяет их широкое применение. Это технологическое свойство настолько существенно, что когда-то даже было основой определения металла (Металл - это светлое тело, которое можно ковать).

При пластической деформации металла происходит смещение атомных слоев друг относительно друга внутри кристаллов и смещение кристаллов относительно друг друга. Важной особенностью этого вида деформации является отсутствие разрушения. Конечно разные металлы и их сплавы обладают различной способностью деформироваться без разрушения. Пластичность металлов оценивается величиной относительного удлинения стандартного образца при разрыве. Эта величина у пластичных металлов колеблется от 10 до 50 %. В настоящее время разработаны сверхпластичные сплавы, относительное удлинение которых при разрыве может достигать сотен процентов.

К сплавам, обладающим высокой пластичностью, которые могут обрабатываться методами давления относятся: низкоуглеродистые стали, сплавы алюминия, меди (латуни), многие легированные стали.

Пластичность металлов существенно увеличивается при их нагреве, поэтому обработку давлением в основном производят в "горячем" состоянии. При нагреве кроме того существенно снижается прочность металлов, поэтому усилия для их деформирования значительно ниже, что позволяет применять более простое оборудование и инструмент.

Наиболее распространенными технологическими методами обработки металлов давлением являются: прокатка, прессование, волочение, ковка, штамповка.

3.11.1 Прокатка

Более 80% производимой стали и около 50% цветных металлов перерабатывается прокаткой. Таким способом (рис.3.30) получают длинные заготовки определенного профиля - сортамент. Эти изделия служат заготовками для производства различных деталей машин или имеют собственное применение - трубы, рельсы, профили для строительных конструкций.

Прокаткой получают листовой материал, который после дальнейшей обработки применяется для производства корпусов судов, машин, самолетов и т.д.

Валки прокатного стана

Толщина заготовки

Исходная толщина после прокатки, В₁

заготовки, В

Рис. 3.30. Схема прокатки листа на прокатном стане

Материал движется со скоростью 1-10м/с за счет сил трения между Банками и заготовкой. Производительность процесса весьма высока, однако степень обжатия за один проход материала (В - В₁)/В обычно меньше 70%, поэтому получение окончательного профиля осуществляется многократным прокатыванием заготовки между валками, имеющими профиля постепенно приближающиеся к требуемому

Оборудование - прокатные станы.

Станы для производства заготовок для последующего получения сортамента называются блюминги, а для производства заготовок под последующий листовой прокат - слябинги. В качестве заготовок на этих станах используются слитки. Естественно, что для снижения расхода энергии рационально прокатывать слитки в горячем состоянии, после разливки металла и его затвердевании. Поэтому такие станы обычно устанавливаются на металлургических комбинатах, производящих (варящих) сплав (сталь).

Технологические возможности прокатки

1.Возможна прокатка только пластичных металлов в горячем или холодном состоянии (фольга является продуктом прокатки чистого алюминия в холодном состоянии).

2.Форма. Форма (рис.3.31) может быть достаточно сложной, но существуют существенные ограничения, связанные с условиями прохода металла через прокатные валки. Трудно получить поверхности перпендикулярные осям прокатных валков, поэтому необходимо предусматривать специальный наклон таких стенок. Трудно или иногда невозможно получать профили сортамента с закрытыми, замкнутыми поверхностями.