Виды литья. 
Сталь. Резины

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СГТУ им. Гагарина Ю. А. (филиал) Факультет вечерне-заочного обучения

Контрольная работа по дисциплине:

«Технология конструкционных материалов»

2014 г.

1. Виды литья (краткая характеристика).

Опишите оснастку и процесс литья по выплавляемым моделям.

Литьё — технологический процесс изготовления заготовок (реже — готовых деталей), заключающийся в заполнении предварительно изготовленной литейной формы жидким материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т. п.) с последующим его затвердеванием.

Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, полученные с помощью литья.

Виды литья:

1. Литьё в песчано-глинистые формы.

2. Литьё в кокиль.

3. Литьё под давлением.

4. Литьё по выплавляемым моделям.

5. Литьё по газифицируемым моделям.

6. Центробежное литьё.

7. Литьё в оболочковые формы.

Виды литья:

в песчаные формы (ручная или машинная формовка);

в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы);

в оболочковые формы;

по выплавляемым моделям;

по замораживаемым ртутным моделям;

центробежное литьё;

в кокиль;

литьё под давлением;

по газифицируемым (выжигаемым) моделям;

вакуумное литьё;

электрошлаковое литьё;

литьё с утеплением.

Так как разновидности литья различаются одновременно по многим разнородным признакам, то возможны и комбинированные варианты, например, электрошлаковое литьё в кокиль.

Литьё по выплавляемым моделям.

Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50% стеарина и 50% парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 °C для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000 °C. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС. Таким образом получаем отливку.

Преимущества этого способа: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5−1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

В силу большого расхода металла и дороговизны процесса ЛВМ применяют только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

* Копия или модель конечного изделия изготавливаются из легкоплавкого материала.

* Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.

* При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

* Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит исходную модель отливки.

Литьё по газифицируемым моделям Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения — отливки массой 0,1−2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40−1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

кварцевого песка — 50 кг, противопригарного покрытия — 25 кг, пенополистирола — 6 кг, плёнки полиэтиленовой — 10 кв.м.

Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95−97%.

Центробежное литьё

Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.

Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.

При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95%.

Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья.

Центробежное литьё — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом, получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

Высокая износостойкость.

Высокая плотность металла.

Отсутствие раковин.

В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

втулки;

венцы червячных колёс;

барабаны для бумагоделательных машин;

роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Литьё в оболочковые формы Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен.

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600−700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки. Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

2. Классификация сталей. Маркировка углеродистых качественных конструкционных сталей

Сталь (от нем. Stahl) — сплав железа с углеродом и/или с другими элементами. Сталь содержит не более 2,14% углерода (при большем количестве углерода в железе образуется чугун). Углерод придаёт сплавам железа прочность и твёрдость, снижая пластичность и вязкость.

Учитывая, что в сталь могут быть добавлены легирующие элементы, сталью называется содержащий не менее 45% железа сплав железа с углеродом и легирующими элементами (легированная, высоколегированная сталь).

Стали делятся на конструкционные и инструментальные. Разновидностью инструментальной является быстрорежущая сталь.

По химическому составу стали делятся на углеродистые и легированные; в том числе по содержанию углерода — на низкоуглеродистые (до 0,25% С), среднеуглеродистые (0,25−0,6% С) и высокоуглеродистые (0,6−2% С); легированные стали по содержанию легирующих элементов делятся на низколегированные — до 4% легирующих элементов, среднелегированные — до 11% легирующих элементов и высоколегированные — свыше 11% легирующих элементов.

Стали, в зависимости от способа их получения, содержат разное количество неметаллических включений. Содержание примесей лежит в основе классификации сталей по качеству: обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По структуре сталь разделяется на аустенитную, ферритную, мартенситную, бейнитную и перлитную. Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на двухфазную и многофазную.

По степени раскисления и характеру затвердевания — стали спокойные, полуспокойные и кипящие.

Марки углеродистой стали обыкновенного качества обозначаются: Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7. Цифры указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 10 раз.

Марки углеродистой качественной конструкционной стали обозначаются: 08, 10, 15, 20, 25 … 85, где двузначные цифры указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз.

В тех случаях, когда сталь кипящая, после двухзначных цифр, обозначающих содержание углерода, ставится индекс кп, а если сталь полуспокойная, индекс пс. Марки стали, не имеющие индекса, относятся к спокойной стали. Если в стали повышенное содержание марганца, после цифр ставится буква Г.

Сталь 08 обладает хорошей пластичностью в холодном состоянии и применяется для деталей, изготовляемых методом холодной штамповки. Стали 10, 15, 20 -низкоуглеродистые. Они хорошо куются, свариваются, цементируются и применяются для изготовления мелких деталей (валики, гайки, оси, втулки, трубы и листы под сварку). Стали 45, 50, 55 хорошо закаливаются и применяются для изготовления ответственных деталей.

3. Резины. Основные характеристики резины. Основные процессы получения резинотехнических изделий

Резимна (от лат. resina «смола») — эластичный материал, получаемый вулканизацией каучука. По степени вулканизации резины разделяются на мягкие (1−3% серы), полутвёрдые и твёрдые (30% серы) (эбонит). Плотность — 1200кг/м3.

Изделия из резины в промышленности. Для получения прорезиненных тканей берут льняную или бумажную ткань и резиновый клей, представляющий резиновую смесь, растворённую в бензине или бензоле. Клей тщательно и равномерно размазывают и впрессовывают в ткань; после просушки и испарения растворителя получают прорезиненную ткань.

Для изготовления прокладочного материала, способного выдерживать высокие температуры, применяют паронит, представляющий резиновую смесь, в которую введено асбестовое волокно. Такую смесь смешивают с бензином, пропускают через вальцы и вулканизируют в виде листов толщиной от 0,2 до 6 мм.

Для получения резиновых трубок и профилей сырую резину пропускают через шприц-машину, где сильно разогретая (до 100−110°) смесь продавливается через профилирующую головку. В результате получают профиль, который подвергают вулканизации.

Изготовление дюритовых рукавов происходит следующим образом: из каландрованной резины вырезают полосы и накладывают их на металлический дорн, наружный диаметр которого равен внутреннему диаметру рукава. Края полос смазывают резиновым клеем и прикатывают роликом, затем накладывают один или несколько парных слоев ткани и промазывают их резиновым клеем, а сверху накладывают слой резины. Далее собранную заготовку бинтуют мокрым бинтом и направляют в вулканизационный автоклав для вулканизации.

Автомобильные камеры изготовляют из резиновых труб, шприцованных или склеенных вдоль камеры. Существует два способа изготовления камер: формовый и дорновый. Дорновые камеры вулканизируют на металлических или изогнутых дорнах. Эти камеры имеют один или два поперечных стыка. После стыкования камеры в месте стыка подвергают вулканизации. При формовом способе камеры вулканизируют в индивидуальных вулканизаторах, снабженных автоматическим регулятором температуры. Чтобы избежать склеивания стенок, внутрь камеры вводят тальк.

Автомобильные покрышки собирают на специальных станках из нескольких слоев особой ткани (корд), покрытой резиновым слоем. Тканевый каркас, то есть скелет шины, тщательно прикатывают, а кромки слоев ткани заворачивают. Снаружи каркас покрывают двумя слоями металлокордного брекера, затем в беговой части толстым слоем резины, называемым протектором, а на боковины накладывают более тонкий слой резины. Подготовленную таким образом шину (сырую шину) подвергают вулканизации. Перед вулканизацией на внутреннюю часть сырой шины наносят специальную разделительную смазку (окрашивают)для исключения залипания к диафрагме и лучшего скольжения диафрагмы во внутренней полости шины при формовании.

сталь резина литьё заслонка

4. Схема техпроцесса

Схема изготовления корпуса дроссельной заслонки Renault (c):

Рис. 1

1. Баринов Н. А. «Водоохлаждаемые вагранки и их металлургические возможности», Москва, «Машиностроение» 1964.

2. Дзевульский В. М. Технология металлов и дерева. — М.: Государственное издательство сельскохозяйственной литературы. 1995.С.438−440.

3. Internet ресурс: Обрабатываемые материалы. Классификация и маркировка сталей, чугунов и цветных сплавов.

4. Internet ресурс: Марочник металлов и сплавов более 1600 марок металлов и сплавов.

5. Internet ресурс: Соответствие марок сплавов по ANSI, ASME, DIN, JIS, ГОСТ и т. д.

6. Internet ресурс: Таблицы применимости материалов.