пипз полный конспект + вопросы

Проектирование и производство
заготовок

Введение:

Цель курса: преобритение знаний об основных методов производства заготовок, применяемых для изготовления деталей машин и навыков правильного выбора способов получения заготовки, обеспечивающей наибольшую экономичность, а также изучения принципов выбора материалов для обеспечения точности и эксплуатационных характеристик деталей.
Задачи курса:
Знать:
– классификацию и принципиальные различия методов ПЗ;
– принципы проектирования заготовок;
– влияние способов получения заготовок на технологичность;
– перспективы развития и совершенствования прогрессивных методов производства;
– экономический показатель и область применения заготовок;
– технологические свойства основных конструкционных материалов.
Уметь:
– провести технико-экономический анализ, выбрать оптимальный;
– определить трудоёмкость и металлоёмкость изготовления заготовок;
– вносить изменения в конструкцию деталей без снижения работоспособности с целью повышения технологичности их изготовления;
– выбрать материал, заменяющий указанный на чертеже, обеспечивающий необходимые технологические свойства.
Задача современного машиностроения:
– применение новых материалов со специальными механическими и физическими свойствами.
– снижение объёма механической обработки путем применения прогрессивных методов производства заготовок.
– внедрение ресурсосберегающих, безотходных процессов.
2-ая задача решается за счёт сокращения удельного веса обработки резанием, путём повышения точности и экономичности её изготовления.
3-ая задача: минимум металла, рабочего времени, энергии при максимальном качестве.
Заготовка – предмет производства, из которого при дальнейшей обработки получается готовое изделие, в зависимости от способа получения.
В зависимости от способа получения: штамповка, поковка, отливка.
Факторы выбора способа:
обеспечение требуемого качества готовой детали;
минимальная себестоимость и материалоёмкость;
материал, из которого получают деталь;
конфигурация детали и степень её сложности;
размеры и массы заготовки;
тип производства;
целесообразность автоматизации и механизации процессов получения;
выбор базы для первой механической обработки;
экономическая целесообразность выбора получения заготовки.
Основные техпроцессы:
литьё (в разные формы);
ОМД;
завершающая операция.
Литьё
Самый распространённый метод получения заготовок. Преимущества способа:
наибольший КИМ и КПД (коэффициент использования материала), КИМ=0,7–0,8;
КИМ=Квт·Квг
где Квт – коэффициент весовой точности;
Квг– коэффициент выхода годного;
изготовление отливок с неограниченными габаритами и массой с минимальным припуском на обработку;
получение заготовок и сплавов, неподдающихся деформации и труднообрабатываемых резаньем;
дешевизна метода.
В общем, в металлообрабатывающей промышленности 70% заготовок по массе получаются литьём, в станкостроительном – 90% заготовок.
Задачи литейного производства:
– изготовление из металлов и сплавов отливок, имеющих разнообразное очертание, предназначенное для различных целей.
Развитие идет по 2-ум основным направлениям:
– совершенствование технологий и механизация проектирования заготовок.
– изыскание новых литейных сплавов и новых металлургических процессов.
Масса отливки: от нескольких граммов – до нескольких сотен тонн. На конфигурацию отливки влияют следующие факторы:
возможность изготовления оснастки и форм для её изготовления;
минимальная толщина стенки, которая способна заполнить расплавленный металл;
экономическая целесообразность, расчёты, которые позволяют сравнивать стоимость изготовления и условия эксплуатации отливки полученным другим способом.
Материалы, применяемые для производства отливок, требования к ним и их характеристики.
В ГОСТах более 300 видов основных сплавов.
К материалам, используемым для изготовления отливок применяют следующие требования:
состав должен обеспечивать получение отливки, заданных физико-химических и физико-механических свойств. Свойства и структура должны быть стабильные в течение всего срока эксплуатации;
должны обладать хорошими литейными свойствами и хорошо свариваться;
должны легко обрабатываться резанием, отходы минимальные;
не должны быть токсичными и вредными;
необходимо, чтобы они обеспечивали технологичность в условиях производства, были экономичными и дешёвыми.
Основные группы черных сплавов.
80% отливок по массе – чугуны, наиболее применяемый СЧ, затем КЧ и ВЧ- это объясняется хорошей технологичностью и литейными свойствами, дешевизна. На свойства чугуна влияет углерод, причём не только в процентном содержании, но и его форма:
У СЧ углерод содержится в виде графитовых включений, в БЧ – в виде цементита, у ВЧ - шаровидный графит.
СЧ – самые дешёвые, хорошие механические свойства, малая температура плавления, их литейные свойства считают единичными. Жидкотекучесть высокая, усадка не более 1%. Усадка непосредственно влияет на качество отливок (она должна быть как можно меньше). Графитовые включения в СЧ – в виде пластов (естественных надрезов), поэтому наличие концентраторов напряжений не снижает прочность чугуна. Виброустойчив. Недостатком СЧ, как литейного сплава служит отбел поверхности. Это явление, когда на поверхности отливки образуется структуры белого чугуна (отбел охрубчивает изделие, тупит режущий инструмент, цементит опасен в тонких сечениях). Причины появления отбела:
– пониженное содержание C, Si,
– повышенное содержание карбидообразующих оксидов,
– низкая скорость заливки чугуна, большая скорость охлаждения.
Устраняет отбел графитизирующий отжиг.
СЧ делится на две группы:
конструкционные чугуны;
со специальными свойствами.
Химический состав отмечен в ГОСТ 1412–79.
СЧ10: C-2,5–3,7; Si-2,2–3,6; Mn-0,5–0,8; Р не > 0,3%; S-0,15%,
·В и
·И в
ГОСТе.
КЧ относится к конструкционным чугунам, для тонкостенных отливок, используется для изготовления деталей машин. Используют его, когда нельзя отлить из стали. Структура С – хлопьевидная, поэтому он прочный и пластичный (по свойствам находится м/у СЧ и сталями).
КЧ делится на два класса (ГОСТ 1215–79):
феритные (мягок и пластичен, сопротивляемость ударам, однородность механических свойств);
перлитные (эвтектоидная смесь:Fe+цементит,твердый,прочный,износостойкий).
Недостатки:
плохие литейные свойства, жидкотекучесть ниже, а усадка больше, и поэтому увеличивается способность к трещинообразованию.
ВЧ литейные свойства близки к сталям, высокая склонность к литейным дефектам, большая усадка, особенно в узлах, где идут большие тепловыделения. Себестоимость отливок из ВЧ ниже на 25% стального литья, но ниже на 20%, чем у СЧ. Используются как заменители стали; уменьшается плотность; уменьшается масса детали, увеличивается срок службы. Механические свойства и химический состав в 7293 – 79, а по КЧ ГОСТ 1215 – 79.
Механические свойства нелегированной стали по ГОСТ 977 – 75.
Сталь:
конструкционная
инструментальная
со специальными свойствами.
Их используют в тех случаях, когда необходима деталь высокой прочности, пластичности, долговечности, ответственные детали. Хорошая свариваемость, поэтому следует возможность получения более сложных деталей. Стальные отливки после термообработки не уступают поковкам из конструкционной стали (2/3 отливок), литейные свойства ниже, чем у чугунов. Жидкотекучесть уменьшается в два раза, по сравнению с СЧ. Среднеуглеродистые: 25–40Л; высокоуглеродистые: 45 – 55Л, низкоуглеродистые: 15 – 20Л (для неответственных деталей). Усадка в толстых сечениях – 2,5%, в тонких – 1,5%. Чем меньше С, тем меньше усадка и меньше горячих трещин. Чем больше С, тем больше холодных трещин, но лучше жидкотекучесть. Горячая трещина – это дефект в виде надрыва усадочного происхождения. Холодные трещины – результат внутренних напряжений (разрыв, затвердевшая поверхность, неокислённая поверхность). Применение стали обеспечивает высокую надёжность и долговечность конструкции.
Льют молибденовые, марганцовистые, хромистые стали (например 40ХЛ и другие).
Стали с особыми свойствами: жаропрочные, жаростойкие и др.
Все группы высоколегированных сталей мало отличаются по литейным свойствам: усадка зависит от структуры.
Важнейший критерий: наименьшая толщина стенки при том или ином способе:
– для стального литья: 8 и 20 мм.
– для чугунов 4 и 10...20 мм.
– для цветных сплавов от 3 до 8 мм.
Цветные сплавы
70% Al-ые сплавы, большинство силумины Al+Si, медные, бронза, латуни(25%) .Также к цветным относят тугоплавкие, ванадиевые, необиевые, вольфрамовые, титановые и др.
Силумины – наилучшие литейные свойства, хорошая пластичность, удовлетворительная коррозийная стойкость. Al–Mg сплавы применяются для деталей, работающих с большой вибрационной нагрузкой или в морской воде (винты кораблей, широкое применение в авиации). Отливки получать довольно сложно, основная проблема – газопоглощение. Усадка 0,9 – 1,4%.
Медные сплавы:
бронза: Сu+ другие элементы кроме Zn.
БрОЦС843(8 – олово,4 – медь, 3 – свинец).
Латуни (Cu+Zn), маркируют в зависимости от фаз:
Простые латуни используются редко, в связи с большой усадкой. Большинство латуней хорошо обрабатываются резанием, хорошая свариваемость.
Оловянистые бронзы хорошо работают на истирание, хорошие литейные свойства, получение отливок сложных конфигураций, усадка 1,25 – 1,6%, широкий интервал кристаллизации, что приводит к усадочной пористости (проблема в широком интервале застывания).
Литейные свойства безоловянистых бронз хуже. Жидкотекучесть низкая, усадка 2–3%.
Бронзы боятся аммиачной среды.
Титановые сплавы:
Перспективны по причине малой плотности, высокой коррозионной стойкости, мало горячих трещин. Проблема – активное взаимодействие в жидком состоянии со всеми материалами для литейных форм, кроме графита. Льют в оболочковые формы, где в качестве связующего используют фенолформальдегидные смолы.
Себестоимость:
СЧ – 1;
КЧ – 1,3;
Стали – 1,5 – 2;
Цветные сплавы – 3 – 6.
Литейные свойства
Литейные свойства – технологичные свойства сплавов, которые непосредственно влияют на получения отливок заданной конфигурации, необходимые эксплутационные показатели. Значение литейных свойств учитывается в следующих случаях:
при выборе сплава необходимо выбирать такие, которые обеспечивают наиболее благоприятное сочетание литейных и рабочих свойств;
при проектировании отливки необходимо учитывать надёжность и долговечность деталей, которые зависят от литейных свойств сплавов.
при разработке техпроцесса изготовления деталей всегда предпочтение отдают сплавам с более высокими литейными свойствами.
Основные литейные свойства:
Жидкотекучесть – способность сплавов в жидком состоянии заполнять формы и точно воспроизводить в отливки её очертание. Природа жидкости сложна, но имеет 3 группы факторов:
а) факторы, связанные со строением и свойствами металлов в жидком состоянии (вязкость, теплоёмкость);
б) факторы, определяемые условиями заливки и подвода жидких металлов в формы;
в) факторы, определяемые способом получения отливки (при литье под давлением жидкотекучесть повышается, в выплавляемые формы, центробежное литье).
виды жидкости:
истинная (на постоянном перегреве);
нулевая (между линиями солидуса и ликвидуса);
практическая (при постоянной температуре заливки);
условно-истинная.
2. Склонность к поглощению газов – способность литейных сплавов поглощать газы, являющиеся вредными примесями, что приводит к пористости (очень вредно).
Абсорбция – поглощение всем материалом.
Адсорбция – поглощение определенной поверхностью.
Хемосорбция – поглощение поверхности с образованием химического соединения.
Это вредное свойство, т.к. приводит к дефектам отливки, брак по газовой пористости.
Газообразующие элементы в литейном сплаве могут присутствовать в следующем виде:
– газовые включения;
– твёрдые химические соединения;
– жидкие и твёрдые растворы;
– тонкие слои адсорбированных на поверхности металлов.
В значительной степени на образование пористости влияет материал формы. Чем выше газопроницаемость, тем меньше дефектов в отливке. Скорость растворения газов в сплавах зависит от их агрегатного состояния, структуры, характера движения жидкого металла (турбулентное или ламинарное).
Получение отливок без раковин и пористости – одна из основных задач литейного производства.
Для уменьшения содержания газов в отливки и предупреждения образования газовых раковин применяют следующие меры:
дигозация исходных шихтовых материалов (сушка, вакуумированые заправки );
дигозация жидкого металла перед заливкой (фильтрация, вибрация, перемешивание);
предупреждения выделения газов из растворов в процессе кристаллизации металлов в форме.
3.Усадка - свойства сплавом уменьшаться в объёме по мере затвердевания сплава.
Зависит от химического состава, материала формы, конструкций отливки, массы изделия.
Чем больше усадка, тем больше вероятность получения дефектов в отливке (пор, раковин, горячих и холодных трещин, внутренних напряжений). Склонность сплавов к усадке всегда учитывается на стадии проектирования и литья, чем больше усадка, тем жёще требования к толщине стенок, сопряжению элементов отливок. Кокили имеют низкую податливость, что приводит к лишним нагрузкам). Для предотвращения в отливке трещин не допускать выступающих частей, что затрудняет процесс усадки. Склонность расплава к усадке игнорировать нельзя. Чем больше усадка, тем больше наличие тепловых узлов и повышаются требования к конструкции детали.
Отливки из сплавов с большой усадкой не следует изготавливать в металлические формы, кокиль имеет низкую податливость ,что приводит к короблению.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Усадки:
Чугун – 1%;
Цветные металлы – 1 - 1,5%;
Сталь 2%.
4.Ликвация – неоднородность сплава по химическому составу. Сплавы кристаллизуются ни при одной температуре, а в некотором интервале. При этом состав кристаллов, образуется в начале затвердевания, может существенно отличаться от кристаллизующего раствора. Чем шире интервал температуры, тем больше ликвация. Склонны к ней те компоненты, которые наиболее влияют на интервал температур (S, P, O2, C).
Различают два вида ликвации:
1.Дендридная – внутри кристаллов.
2. Зональная – когда разные части отливки имеют различный химический состав, она опаснее, т.к. ее нельзя устранить термической обработкой. Характерным является то, что нагруженные части стенки ликвируют меньше, а массивные больше. Наиболее сильно ликвируют сплавы, компоненты которых не растворены друг в друге, не образуют ни химического соединения, ни эвтектических смесей (оловянный припой).
Сильно ликвируют сплавы, компоненты которых не растворимы друг в друге, не образуют соединений, эвтектических смесей. Бронзы нельзя получить методом центробежного литья.
5.Способность сплава поглощать неметаллические включения.
Способность расплава поглощать неметаллические включения, которые в затвердевших материалах нарушают сплошность и однородность структуры, являются концентраторами напряжений.
Источники неметаллических включений.
1.За счет особенностей технологического процесса приготовления сплава и его последовательной кристаллизации.
2.За счет химических реакций, происходящих в результате удаления нежелательных примесей.
3.Частицы литниковой системы шлаков и футировки печей.

Основные способы удаления неметаллических включений:
1.Продувка и нейтрализация соответствующими газами;
2.Фильтрация расплава.
Без учета литейных свойств сплава получить отливку без дефектов невозможно. Следует отдавать предпочтение литейным сплавам с лучшими литейными свойствами.
Способы производства литых заготовок
и их технологические характеристики
Литье появилось в 3-2 тыс. до н. э. Первые формы для литья делались из камня и глины. В настоящее время существует более 100 основных способов изготовления литых форм. С появлением форм стало появляться: чугун (18 в.), машинное литье. Стальные отливки появились в 19 в., а алюминий и отливки из цветных сплавов в 20-м веке.
В машиностроении масса литых деталей составляет 50% от всех машинных механизмов. 80% отливок по массе, литьё – самый дешёвый способ. Литьё в песчаные формы – 60% по массе., 42% - в сырые, 18% - в сухие.
В металлические формы кокиль – 10%, под давление 1,5%, по выплавленным моделям – 0,3%, центробежное литье – 7%. В стружку идёт 5% металла при основном литье 15 – 25% стружки.
Основные способы литья:
1.Литье в песчано-глинистые формы (60%). Этим способом получают как легкие, так и сложные детали. С применением жидких самотвердеющих смесей получают около 5% отливок. Перечисленные методы относятся к специальным.
Этими способами можно получать отливки с высокой точностью, минимальными допусками с хорошей чистотой поверхности и качеством.
Распространенность литья в песчано-глинистые формы (п.г.ф.) объясняется целесообразностью.
1.Экономическая целесообразность - есть детали, которые другим способом невозможно получить (детали любой формы и массы). Изменяя способ формовки, материала модели и состава формовочных смесей, можно получать отливки с точным размером, чистой поверхностью и хорошим качеством.
Применение ПГФ обеспечивает Rz 320-40, при точности 17-14 кв.Точность характеризуется допусками на размер, который зависит от номинальных значений.
Точность отливок:
1. Точные отливки получают в металлических формах. Используют при массовом и крупносерийном производстве (1Т). Эти отливки сложны по конструкции и имеют минимальную толщину стенок.
2.Отливки, полученные в единичном производстве по деревянным моделям с механизированным извлечением отливок (2Т).
3.Отливки, получаемые в единичном типе производства обеспечиваются ручной формовкой в песчаные формы, способ является оптимальным для получения отливки разных размеров и массы(3Т).
Степень сложности:
1.Отливки простой геометрической формы (1С).
2.Отливки в виде сочетания простых форм наружной поверхности: плоские или криволинейные, наличие ребер, бобышек простой конфигурации (2С).
3.Отливки открытой коробчатой формы, наружные поверхности-кривые и плоские, наличие нависающих частей кронштейнов, бобышек, фланцев сравнительно сложных конфигураций. Внутренние поверхности – сочетания геометрических фигур большой протяженности с незначительными выступами(3С).
4.Частично открыты и закрыты в коробчатые формы. Внутренние части имеют сложные части со значительными выступами и углами(4S).
5.Отливки закрытой коробчатой формы. Наружные поверхности сложной конфигурации(5S).
Точность отливок при разных способах литья колеблется в пределах 17-8 кв.
Точность размеров отливки характеризуется допусками на размер, который зависит от номинального значения. На точность отливки влияют:
1.Степень сложности: чем больше сложность, тем грубее квалитет.
2.Габаритные размеры чем больше размер, тем грубее квалитет.
3.Материал отливки: у цветных металлов квалитет выше, а у черных ниже.
4.Условия производства зависят от автоматизации и механизации.
5.Способ литья.
Точность размеров отливки указывается с разъемом и в технических требованиях на основных штампах.
Припуски на механическую обработку зависят:
1.От класса точности.
2.Габаритных размеров.
3.Материала отливки.
4.Способа формовки.
Верхняя часть отливки – припуск делают больше, т.к. внизу металл более плотный.
ЗАГОТОВКИ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ЛИТЬЕМ В ПГФ
1.Метод связан с большим грузопотоком основных и вспомогательных материалов
2.Сама песчано-глинистая форма пригодна для приготовления одной отливки.


13 EMBED KompasM3DFile 1415 13 EMBED KompasM3DFile 1415

Втулка Стержень

Для изготовления верхних и нижних полуформ используют разную модель.Отверстия в отливке изготовляют с помощью стержня, который устанавливают в гнездах. Металл заливается через литниковую систему,а воздух и газы уходят через поры.
В основном такой способ литья применяют в условиях единичного и мелкосерийного производства.
Основные техпроцессы получения отливок в песчаные формы:
1.Изготовление модельно-опочной системы.
2.Приготовление формовочных и стержневых смесей.
3.Изготовление форм и стержней.
4.Сборка формы и подготовка их к заливке.
5.Изготовление расплавов.
6.Заливка.
7.Охлаждение отливки в формы.
8.Выбивка отливки из формы, её очистка и обрубка.
9.Термообработка:отжиг, отпуск, охлаждение.
10.Контроль качества.
В комплект литниковой технологической остнастки входят:
1.Модель.
2.Модельная плита.
3.Стержневые ящики.
4.Опоки.
Приспособления в виде стержневого ящика еще нужно для удержания форм смеси. Опоки бывают круглого и и прямоугольного сечения (изготавливают их из СЧ, могут быть стальные и из алюминиевых сплавов). По конструкции: сварные, сборные, цельнолитые.
Стенки опок изготавливают с отверстиями и с бобышками. Отверстия делают с целью уменьшения веса, лучшего вывода газов и лучшего затвердевания формовочной смеси. Соединяют опоки штырями и центровыми отверстиями в приливах.
Модель-это приспособление для получения в форме отпечатка с размерами отливки. Размеры модели назначают с учетом усадки металла и припуска на механическую обработку. Материалами могут служить: дерево, гипс, пластмасса, металл. Выбор металла определяет тип производства (количество изготавливаемых отливок), а также точность размеров. Поверхность модели тщательно обрабатывается с целью получения гладких поверхностей.
Деревянные модели делают: бук, ясень, сосна. Для уменьшения коробления модели делаются клеенными так,чтобы направления волокон было разным.
Достоинства деревянных моделей:
1.Дешевизна.
2.Имеют небольшую массу.
Недостатки:
1.Недолговечность
Металлические модели делают из легких металлов, часто используются алюминиевые сплавы, более долговечны, а отливки выше по точности и качеству. Имеют малую плотность, не окисляются, обычно внутри пустотелы.
Модели из пластмасс: не боятся влаги, не поддаются короблению и имеют небольшую массу. Используются модели из спеченного полистирола. Упрощается формовка, улучшается качество материала.
Модельная плита – металлическая плита, на которой крепится модель, образующая литейную опоку. Металлическая модельная плита широко применяется в массовом и крупно-серийном производстве. Могут быть односторонними и двухсторонними, когда части модели размещаются на обеих сторонах плиты. Модельная плита применяется при машинной формовке, что обеспечивает высокое качество. При машинной формовке используют быстросменную оснастку, позволяющую производить быструю замену деталей.
Стержневые ящики – это формы для изготовления стержня, в зависимости от его конфигурации, применяют разъемные и неразъемные ящики.
Литейный стержень – это объемная часть литых форм, которая предназначена для формирования внутренних поверхностей отливки.
Углубления в литниковой форме для установления стержня называется стержневым знаком. Иногда применяют подставку для фиксирования стержня в форме. Конструкция изготовления зависит от конфигурации и размеров стержня.
Знак представляет собой углубление в форме для установки стержня, все стержневые знаки должны иметь определенные размеры, чтобы обеспечить правильную установку стержня. Все стержневые знаки должны быть небольших размеров. Высота стержневого знака принимается h=20–40 мм. При этом знак является опорным.

13 EMBED KompasCDWFile 1415

· и
· = 2-10
·, h > h1, S2 > S1,
· >
·.
1 – стержень,
2 – стержневые знаки,
3 – отливка,
4,5 – верхняя и нижняя полуформы,
6 – элемент литниковой системы.
Зазоры S1 и S2 равны 0,1 – 0,5 мм в зависимости от размеров стержня.
Вертикальные и горизонтальные стержневые знаки предусматривают пояски или кольца, которые полностью плотно прилегают к знаку стержня и препятствуют проникновению металла в торцовую часть стержневого знака.
Стержневые знаки делают с расширением внизу, что препятствует всплытию стержня при заливке металла.
Формовочные и стержневые материалы при литье в ПГФ
Они служат для приготовления формовочных и стержневых смесей, которые бывают:
1. Основными (кварц, песок, глина, бентониты – вид коллоидной глины).
Для них характерна высокая пластичность, используются в качестве связующего в смесях и красках.
2.Вспомогательные (связующие материалы, смолы, противопригарные покрытия, замазки, модельные пудры, порошки, разделительные жидкости и другие).
Свойства формовочных смесей:
1.Должны обладать определенными механическими и техническими свойствами.
Механические свойства:
1. Прочность – противостоять нагрузкам и выдерживать давление залитого металла.
По стандарту для сырых смесей
·сж= 0,3–0,7 кгс/мм2.
Для сухих смесей
·раст= 0,8–2 кгс/см2.
2. Поверхностная прочность (осыпаемость) – это сопротивление истирающему воздействию струи металла. Частицы формовочной смеси могут попасть в отливку.
3. Пластичность – способность формовочной смеси точно воспроизводить отпечаток модели.
4. Податливость – способность формовочной смеси уменьшатся в объеме, ее препятствие усадки отливки во время остывания.
Технические свойства:
1. Текучесть – способность смеси под давлением внешних сил заполнять полости в стержневых ящиках и достаточно хорошо обтекать модель.
2. ТХУ(термохимическая устойчивость или непригораемость) – способность смеси выдерживать высокие температуры без оплавления или химического воздействия (ТХУ снижает точность отливки).
3. Негидроскопичность – способность смеси после сушки не поглощать влагу из воздуха с течением времени. Отсыревшие от влаги стержни могут быть причиной появления газовых раковин и других нежелательных явлений. Снизить гидроскопичность можно с помощью смесей специального твердения.
4. Выбиваемость – способность смеси терять прочность после термической заливки и легко удаляться из формы при их выбивке после охлаждения.
5. Долговечность – способность смесей сохранять свои свойства при многократном использовании, зависит от способности смеси противостоять давлению высоких температур.
6. Газопроницаемость – способность пропускать газы через стенки формы, вследствие пористости, одно из важных свойств формовочных смесей. При уменьшении газопроницаемости в отливке появляются раковины и газовые пузыри.
7. Газоотводная способность – свойства смеси выделять газы при нагреве до высоких температур.
Технические свойства не могут количественно выражаться, их оценивают по экспериментальным данным.
Теплофизические свойства:
1. Огнеупорность – свойство смеси выдерживать долгое время высокие температуры.
2. Теплопроводность – свойство смеси обеспечить теплообмен между отливкой и слоями форм смеси.
Песок.
Основной вид формовочного материала.
Кварцевый песок (SiO2) обладает высокой огнеупорностью t = 1713
·C, прочностью и твердостью.
Недостаток:
При t = 510
·C происходят аллотропные изменения, песчинки лопаются как пыль.
В литейном производстве используются чистые пески с минимальным содержанием Fe2O3, Na2O и других вредных примесей, снижающих огнеупорность.
В природе в кварцевых песках всегда содержится глина, по ее содержанию подразделяют:
1. Обогащенный кварцевый до 1 %.
2. Кварцевый до 2 %.
3. Тощие до 10 %.
4. Жирные до 20 %.
5. Очень жирный до 50 %.
Мелкозернистые пески применяют для мелких отливок – что увеличивает гладкость поверхности, крупнозернистость(мелкий – 0,10,2 мм; средний –0,160,3 мм; крупный – 0,20,4 мм ) – для крупных отливок, что увеличивает газопроницаемость.
Реже используют циркониевые пески – хромиты (Fe2O,Xr2O3) имеют tпл=1850
·C. Используют в особых случаях (крупные стальные отливки с гладкой поверхностью).
Глина.
Служит связующим веществом, обеспечивая прочность и пластичность смесей, обладает высокой пластичностью, способностью формироваться и сохранять приданную ей форму после снятия внешних сил. Представляет собой измельченные горные породы. Применяют два вида глин:
1. Каолинитовые (Al2O3 Ч2O3 Ч2H2O).
2. Ментморинонитовые, фентенитовые или бентонитовые.
(Al2O3 Ч4SiO2 Ч2H2O+n H2O).
В присутствии влаги на поверхности глиняных частиц образуются гидридные оболочки из молекул воды, которые обеспечивают сцепление частиц друг с другом и вместе с тем их легкое скольжение.
При нагреве и сушке прочность глины увеличивается. В зависимости от способности связывания, глины подразделяются:
1. Прочносвязующие
·В > 0,1 МПа.
2. Среднесвязующие
·В = 0,08–0,1 МПа.
3. Малосвязующие
·В = 0,05–0,08 МПа.
В влажном состоянии глины подразделяются на следующие 3 класса:
1. Прочносвязующие
·сж > 0,5 МПа.
2. Среднесвязующие
·сж = 0,5–0,35МПа.
3. Малосвязующие
·сж < 0,35 МПа.
По термохимической усталости :
1. Т1 (стали).
2. Т2 (чугуны).
3. Т3 (легкие сплавы).
Марку глины для конкретных условий выбирают в зависимости от массы и габаритов отливки, от способа литья и температуры заливки металла. Для легкости сплава применяют глины с низкой ТХУ(для чугуна – средний, для стали–Т1).
Связующий материал
Связующие материалы вводят в формовочные и стержневые смеси для повышения прочности и улучшения.
Основные требования к связующему материалу:
1. Способность литейных форм увеличивать прочность после сушки.
2. Придавать формовочной смеси высокую жидкотекучесть, обеспечивая высокую прочность.
3. Обеспечивать высокую прочность в начальный период и после заливки формы металла.
4. Обеспечивать высокую газопроницаемость, и удельное газовыделение.
5. Обладать хорошими противопригарными свойствами.
6. Не вызывать прижигаемости со стержнем и стержневыми ящиками.
7. Указанные требования должны обеспечиваться при введении в смесь малого количества связующих материалов.
Все связующие материалы в зависимости от природных свойств делятся на:
1. Класс А – нерастворимые в воде и несглаживающиеся водой (естественные и искусственные смолы, смолосодержащие продукты, высыхающие масла).
2. Класс Б – органические связующие, растворимые в воде (водораствориые искусственные смолы, некоторые виды эмульсий, коллоидные растворы органических веществ, некоторые виды клея, кормовая патока).
3. Класс В – неорганические связующие вещества, растворимые в воде или смачивающиеся водой (жидкое стекло, цемент, гипс и другие).
Все связующие материалы характеризуются по величине удельной прочности на разрыв в сухом состоянии:
13 EMBED Equation.3 1415
где 13 EMBED Equation.3 1415 – предельная прочность при растворении сухих материалов;
m – общее количество связующего материала в смеси;
13 EMBED Equation.3 1415 – содержание связующего материала в растворе.
Формовочные смеси также входят в следующие материалы: противопригарные материалы, применяемые в виде сухого порошка или борного покрытия (графит, толь, хром, мазут и др.).
На выбор связующего материала влияет материал отливки:
1. Материалы, которые увеличивают податливость стержней и формы. Такие материалы улучшают податливость отливки при сушке.
– каменноугольный пепел, керамзит – такие материалы увеличивают вентиляцию.
– древесные опилки, торфяная крошка – в результате сушки они выгорают, образуя большое количество пор, что способствует передвижению зерен.
2. Материалы, которые уменьшают прилипаемость (тальк, керосин, графит, различные эмульсии).
Формовочные смеси делят на песчано-глинистые смеси (ПГС) и специальные формовочные смеси.
ПГС делят на облицовочные и наполнительные смеси. Облицовочные – более качественные с более высокой прочностью, хорошей газопроницаемостью, при формовке наносят на модель толщиной 40–100 мм. Создается слой, подвергающийся наибольшему воздействию при заливке материала. Остальной объем занимает накопительная смесь.
Оборотная смесь уменьшает расход песка и глины. Единые смеси используют в качестве формовочных при мокрой формовке. Они заполняют весь объем формы.
Они непосредственно соприкасаются с расплавленным металлом и должны обладать хорошими формовочными свойствами.
Формы делят на сухие и сырые.
Сухие применяют в единичном и мелкосерийном производстве.
Сырые применяются для мелких и средних отливок при массовом и серийном производстве. Такие формы содержат 10 – 12 % глины с хорошей газопроницаемостью (во влажном состоянии влажность – 4 % ).
Достоинства:
1. Хорошая пластичность.
2. Легкая выбиваемость.
3. Дешевле изготовление формы.
Недостаток:
1. Невысокая прочность стенок.
2. Влажность.
Сухие формы применяют для получения крупных толстостенных отливок высокого качества. Содержит до 15 % глины, высокая прочность, до сушки влажность составляет 6 – 8 %. По технологии для сушки используют печи с температурой 250
·C(процесс достаточно дорогой).
Для улучшения свойств формовки используют добавки, для обеспечения прочности и пластичности должно быть больше глины. Это снижает газопроницаемость и не пригорает. В сухих формах ухудшается податливость и выбиваемость (вот поэтому добавки и необходимы).
В сырых формовочных смесях для чугунного литья добавляют каменноугольную пыль. При заливке ее частицы газофицируются, образуются газы, препятствующие окислению сплава, т.е. уменьшается опасность пригорания.
В формовочные смеси для стального литья добавляют пылевидные кварцы. Для увеличения податливости и газопроницаемости сухих форм добавляют древесные опилки.
В сухие формы для стального литья вводят в качестве связующих коллоидные растворы органических веществ. Такая добавка увеличивает прочность и газопроницаемость, при выбивании увеличивается податливость. Сырые формы из ПГС производят 45 % чугунных и 40 % стальных отливок.
Недостаток ПГС:На одну тонну чугуна используют от 200 до 1000 кг формовочной смеси. На одну тонну стальных отливок около 2000 кг смеси. 70 % смеси не участвуют в эффективном формировании отливки.
Сушка усложняет и требует значительных материальных затрат в процессе изготовления формы. Использование специальных формовочных смесей позволяет применять средства механизации и автоматизации. Увеличивается производительность труда и качество отливок по специальным формовочным смесям. Основной компонент – песок с содержанием глины. В качестве формовочных материалов используют смолы, жидкое стекло.
Специальные формовочные смеси делятся на 3 типа:
1. Отвердевание по продувке.
2. Горячее отвердевание.
3. Самоотвердевающие.

1. Используются быстротвердеющие жидкотекучие смолы. Состоят на 95 % песка, 3 % глины, 2 % жидкого стекла. Жидкое стекло есть водный раствор силиката натрия или калия. Влажность при этом 3,5 – 4 %. Основные характеристики стекла определяются через его модуль, – это отношение SiO2/Na2O=M . Он отражает скорость отвердевания от 500 до 10 млс.
Прочность смеси на растяжение: 15 – 20 кг(с/см2.
Достоинства:
1. Долготекучесть смеси, быстрое затвердевание, отсутствие токсических выделений.
Недостатки:
1. Гидроскопичность.
2. Плохая выбиваемость.
2. Нашли применение в массовом производстве. Наполнитель – песок, связующие материалы: хромонитрофуриновые и другие смолы. Вводят также катализаторы для быстрого твердения при небольшом нагреве. Скорость твердения – 12 млс. Прочность смеси на растяжение: 15 – 25 кг(с/см2.
Недостатки:
1. Дорогая металлическая очистка.
2. Возможность коробления форм при нагреве.
3. Дополнительные обогреватели.
3. Изготавливается из песка с добавлением синтетических смол, катализаторов. Процесс можно автоматизировать. Хорошая прочность и выбиваемость.
Жидкие самотвердеющие смеси (ЖСС):
Затвердевают очень быстро. Основа – песок. Связующая – стекло. Для перевода смеси в жидкое состояние используют пенообразователи (состоят из песка 95,5 %, феррохромового шлака, угля молотого, воды и др., например ДСРА6). Применение ЖСС повышает качество, улучшается механизация процесса.
Смеси холоднотвердеющие (ХТС). Изготавливают из песка с добавлением органических смол, полимеров, катализаторов. Затвердевают за 5 до 30 мин. Процесс можно механизировать. Характерна высокая прочность до заливки металла, хорошая выбиваемость. Использование ХТС обеспечивает качество отливки.
Приготовление смесей.
1. Подбор и подготовка составления смеси.
2. Перемешивание и увлажнение смеси.
3. Высыхание смеси.
4. Разрыхление смеси.
Пески сушат в печах (250
·С), затем просевают, глину также сушат, затем размельчают, просеивают и вводят в виде суспензии. Другие материалы поставляют в готовом виде. После использования очищают, поставляют в готовом виде. После использования очищают магнитом и просеивают. Выдерживают в бункерах для равномерного увлажнения.
К стержневым смесям делаются более высокие требования по отношению прочности, податливости, т. к. стержни находятся в более трудных условиях, поэтому ПГС используется лишь для массивных и неответственных отливок. В остальных: песчано-смолянистые ЖСС (имеют более высокую прочность, газо- проницаемость, применяются для ответственных и сложных стержней).
Состав и свойства стержней подбирают в зависимости от следующих факторов:
1. Положение стержня в форме.
2. Конфигурация стержня.
3. Вида расплава.
4. Класса стержня.
Различают следующие классы:
сложные формы с тонкими сочетаниями, соприкасаются с расплавом всей поверхностью. Стержневая смесь должна быть прочной и газопроницаемой.
с массивными частицами, выступами. Должна иметь высокую прочность после сушки.
центровые стержни с конфигурацией средней сложности
несложные конфигурации
несложные конфигурации и массивную ПРС.
Требования, предъявляемые к стержням:
должны обладать высокой огнеупорностью, что бы выдерживать жидкий металл.
высокой прочностью, чтобы выдерживать давление расплава.
податливы, чтобы не мешать усадки металла в процессе охлаждения.
Так как в процессе усадки состав и смеси выгорают. Стержни могут быть пустотелыми с вентиляционными копалами.
Способы изготовления стержней:
ручным (единичное производство, крупные и средние стержни разной конфигурации);
машинным;
по шаблону.
Стержни в ящиках:
– вытряхные (для массивных);
– разъёмные (состоят из 2 половин сложной конфигурации, 2-3 группы сложности);
– разборные (для самых сложных).
Перед заполнением формовочную смесь выдерживают для равного расположения влаги, а стенки стального ящика протирают керосином. Заполняют смесью, уплотняют в ручную или на машине, далее на сушку.
По шаблону изготовляют стержень, являющийся телом вращения на специальных машинах:
вытряхные машины – для средних и крупных стержней;
прессовые машины – для мелких стержней простой конфигурации;
мундистучные – стержни малые по размеру (до100мм), по сечению (o,
·);
пескострельные – в любом типе производства для различных конфигураций стержней;
пескометные;
пескодувные – в крупном производстве и массовом для крупных и средних стержней.
Наиболее прогрессивные – повышенной производительности с чистой поверхностью, хорошей газопроницаемостью.
Достоинства: высокая точность и чистая поверхность, хорошая выбиваемость, малое время сушки на воздухе.
ГТС:
Недостатки: высокая стоимость и дефицитность связующих материалов; более сложны в изготовлении стержневых ящиков (только металлические).
ХТС:
Недостатки: дефицитность связующих материалов.
Изготовление форм методами ручной и машинной формовки.
Формовка – изготовление формы (постоянная, полупостоянная, разовая).
Разовые литейные формы – универсально и дёшево (80%).
Недостатки формовки: ответственная и трудоёмкая операция.
Основные технологические операции формовки:
уплотнение, с целью получения более точного отпечатка модели в форме, а также придание форме необходимой прочности;
устройство в форме выпоров для выхода газов, образующихся при заливке;
извлечение модели из формы;
отделка формы и её сборка.
3 вида разовых форм:
сухие
сырые
химически твердеющие
Выбор формы: вида металла, размеров. Сырые до 800 кг.
Ручная формовка характерна для единичного, иногда мелкосерийного производства, увеличивается стоимость отливки.
Доля ручной формовки 8% по массе (отметим, что она падает).
Наиболее важное значение ручная формовка имеет для производства крупных отливок при литье в кессоны (железобетонная яма), отливка до 10т.
Формовка в почвы.
Достоинства: просто, не требует специального оборудования.
Недостатки: необходимость приготовления в цехе специальных ям, использование рабочих высокой квалификации, большой объём работ ручным способом.
Бывает закрытой (с верхней опокой) и открытой (без литниковой схемы).
Формовка в опоках (полуручная).
По разъёмным и неразъёмным моделям. Модель не имеет плоской поверхности (мелкой и средней отливки). Питатели располагают по линии разъёма форм. Обычно при сборке формы – 1стержнь. По неразъёмным моделям – любую отливку с плоской стороной.
Безопочная формовка.
Серийное и массовое производство для мелких отливок с растворами до 100*300*400мм. Используют специальные формовочные машины:
Формовка: с начало в опоке, потом после уплотнения опока удаляется и заменяется тонко-стенным металлическим кожухом (жакет).
Производительность – до 200 деталей в час.
Формовка по скелетным моделям (4-5 ст.сл.).
Для изготовления крупногабаритных отливок сложной конфигурации скелетная модель связующая.
Формовка по шаблону относительно простая, поверхность вращающаяся, метод редко используют.
Машинная формовка – основной метод в серийном и массовом производстве.
Достоинства:
высокое качество форм, меньше брак, легче труд, более широкие возможности автоматизации, выше производительность.
Техпроцессы машинной формовки:
основной
– уплотнение смесей;
– извлечение моделей из форм.
вспомогательная
– установка опоки на машину;
– обдувка модели;
– нанесение разделительного слоя и припыла на форму;
– засыпка смеси в опоку;
– транспортировка формы.
формовочные машины классифицируют:
– по виду привода (механический, электромеханический, пневматический, гидро);
– по способу уплотнения (прессовые, встряхивающие, пескодувные, пескомётные);
Прессование – верхнее и нижнее.
При одностороннем прессовании – неровность уплотнения.
Прессование под высоким давлением, совмещение встряхивания с под-прессовкой.
Машины по извлечению формы:
– с поверхностной плитой;
– с протяжной плитой;
– с перекидным столом;
– с штифтовым разъёмом.
Достоинства прессовочных машин:
– Высокая прочность и качество формовки;
– Имеет высокую податливость, меньше шума.

Схемы прессования:
13 EMBED KompasCDWFile 1415





13 EMBED KompasCDWFile 1415 Механизация и автоматизация изготовления литейных форм.
Комплексная механизация современных литейных цехов включает централизованное приготовление уплотняемых форм смесей с применяемым автоматизации (с подачей готовых смесей в бункера форм машин с помощью транспортеров или пневмотранспорта).
В литейных цехах готовые формы устанавливаются на конвейеры.
Отливки направляются на обрубку и очистку, выбитую смесь – в отделение регенерации, пустые опоки – возвращают.
Пути развития:
совершение существующих и создание новых моделей автоматов и п/а, карусельных машин;
создание автоматических линий, участков цехов для литья заготовок, новых видов автоматов поточных линий.
Перспективы повышения качества и точности отливок:
испытание новых литейных сплавов с > высокими литейными свойствами;
создание новых формовочных материалов с высокими формовочными свойствами;
разработка новых способов литья, более точных и качественных;
внедрение и расширение механизации, автоматизации.
Конструирование отливок при литье в песчано-глиняные формы
Основные требования при разработке чертежа отливки:
конструкция деталей должна иметь простую форму. Чем проще конфигурация отливки, тем проще процесс формовки;
желательно, чтобы отливка имела равномерную толщину стенок и плавные очертания (прямолинейные);
конструкция отливки должна иметь простой разъём;
отливка не должна иметь резких переходов и острых углов, чтобы не образовались трещины;
при конструировании отливки надо стремится, чтобы расход металла был минимальным;
конструкция отливки должна быть удобной для очистки её после извлечения из формы;
выступающие части отливки (приливы, бобышки), необходимо конструировать так, чтобы обеспечить извлечение модели из формы;
по ГОСТ 3212 – 80 на отливках необходимо предусмотреть литейные уклоны для облегчения её извлечения из формы;
при конструировании отливок нужно учесть её литейные свойства.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
При построении внутренних полостей отливки:
высота полости в отливки не должна быть больше её ширины;
число стержней минимальное;
крепление стержней, стержневых знаков должно быть надёжным, чтобы исключить перекос или всплытие стержня при заливка металла;
стержни – с вентиляционным отверстием для удалением газов из стержней;
в полости отливки избегать появление узких карманов, минимальные диаметры отверстия в отливке – по ГОСТ.
Литейные уклоны назначают в зависимости от высоты модели.
Их выполняют следующим образом:
13 EMBED KompasCDWFile 1415
«+» - те, что обрабатываются (припуск снимается);
«-»- те, что не обрабатываются;
«+-» - и то и другое.
Для улучшения качества отливки и лучшей наполняемости литейной формы необходимо делать в отливке скругления наружных и внутренних углов, при сопряжении или пересечении стенок.
Величины литейных радиусов скругления зависят:
от соотношения толщины сопрягаемых стенок;
от вида литья;
от материала отливки.
Для чугунов ГОСТ 1855–55, для сталей ГОСТ 2009–55.
Толщина стенок отливки по ГОСТ в зависимости от следующих факторов:
– от класса точности;
– от габаритных размеров;
– от материала отливки;
– от способа литья.
Расположение отливки в литейной форме:
наиболее ответственные части отливки следует располагать внизу, т.к. металл в нижней части формы более плотный;
отливку располагать в форме так, чтобы обеспечить направленное затвердевание;
поверхности отливки, служащие базой при первой механической обработке, следует располагать в одной полуформе (меньше брака по расположению опок);
Припуски на механическую обработку зависят от:
– от марки металла;
– от размера отливки;
– от положения поверхности отливки в форме (верхней, нижней, боковой).
ГОСТ 26645-85.
Припуск задаётся на сторону и назначается для снятия при механизированной обработке с целью обеспечения заданного качества поверхности и размерной точности.
В верхней части припуск больше, чем в нижней, т.к. сверху скапливаются шлаки, включения и другие вредные компоненты.
Конструктивное оформление литых заготовок по ГОСТ 2423 -79.
Литниковая схема и основные принципы её конструирования
Совокупность каналов и резервуаров, предназначена для заливки металла из ковша в литейную форму.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Литниковая система влияет на качество отливки, а неправильно сконструированная является причиной брака (30%).
В зависимости от вида расплава и конфигурации отливки бывают:
– Вертикальные;
– Наклонные;
– Зигзагообразные.
Шлакоуловитель – горизонтальный канал, соединяется с питателем, улавливает шлаки путём отстоя.
Питатель – для подачи расплава в форму.
В зависимости от расплава, формы, габаритных размеров питатели бывают:
– Круглые;
– Квадратные;
– Трапециевидной формы.
Через выпор идут воздух и газы из литейной формы при заливке в неё расплава.
Пять основных типов литниковых систем:
верхняя – питатели подводят в верхнюю часть отливки или в прибыль;
нижняя (сифонная) – питатели подводят в нижнюю часть отливки, обеспечивая максимально спокойное залитие формы расплавом;
боковая – питатели подводят к разъёму формы;
ярусная (этажная) – питатели подводят на разных уровнях
дождевая – используется для отливки квадратной корпусной формы.
Используются для отливки заготовок типа корпус.
Питатели – отверстия, расположенное по окружности на равном расстоянии.
Факторы, влияющие на выбор литниковой системы:
конструкция отливки, её формы, габаритные размеры;
положение отливки в форме;
вид заливаемого материала.
Расход металла на литниковую систему – минимальный.
Требование к литниковой системе:
расход материала минимальный;
литниковая система должна задерживать шлаки и металлические включения;
при проектировании литниковой системы нам необходимо рассчитать оптимальную температуру для заполнения формы и объём заполнения расплавом формы.
13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415.
13 EMBED Equation.3 1415.
S – коэффициент, учитывающий толщину стенки, конфигурацию отливки, марку материала (0,9...4,5);
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – преобладающая толщина стенки в отливке, мм;
Q – масса отливки, кг;

· – коэффициент, учитывающий трение расплава о стенки литниковой системы (0,05-00,8);
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – расчетное направления расплава; от типа литниковой системы;
13 EMBED Equation.DSMT4 1415 – плотность расплава.
4. во всех сочетаниях литниковой системы давление расплава должно быть
· атмосферного.
5. при заданной продолжительности заливки температура расплава, вытекающего из питателя должна быть максимальной.
Для чугуна – сужающаяся литниковая система (улавливает лучше шлаки).
Соотношение, используемое для расчёта Алит: Ашл:Аст –
1:1,1:1,2: - средние отливки из чугуна;
1:1,05:1,1 – мелкие;
1:1,2:1,4 – крупные.
Для стали 1:1,1:1,2.
Для стального литья к литейной системе предъявляют следующие требования:
направленное затвердевание;
протяжность литниковых каналов – минимальная;
питатели подводят в тонкие части отливки, усиливая охлаждение толстых частей;
литниковые каналы расположены подальше от знаков стержней (опок, стенок отливки).
К мелким отливкам – по разъёму формы.
К крупным – по ярусной системе.
13 EMBED Equation.3 1415
L – коэффициент жидкотекучести стали (0,85-1,15);
Ky – удельная скорость заливки (1,5-0,5).
Для цветных сплавов (Al, Mg)
3:2:1 – система расширяется;
3:1,2:1 – бронза;
1:1,3:1,6: - латунь.
Специальные способы литья
Литьё в кокиль (металлические формы) (ГОСТ 18169 – 86)
40% Al, Mg сплавы.
Кокиль – многоразовая форма, имеющая особые условия, т.к. металлическая форма обладаем большей теплопроводностью, теплостойкостью, прочностью.
Часть кокиля, не влияющая на образование отливки является холодильником.
Используется защитное покрытие, которое уменьшает теплообмен между формой и отливкой, снижаются напряжения в форме, что предохраняет форму от коррозии, создаёт газовый зазор.
Иногда обеспечивает поверхностное модифицирование или легированные отливки.
Кокиль состоит из 2-ух полуформ, стержней, плит, элементов крепления.
Последовательность техопераций (просты и кратковременны):
кокиль и поверхность разъёма очищают;
подогревают – охлаждают до определённой температуры перед нанесением огнеупорного покрытия (то же самое и для металлического стержня);
наносят на покрытие;
нагревают кокиль до рабочей температуры (материала расплава);
сборка кокиля, установка стержней;
заливка расплава;
охлаждение отливки вместе с кокилем до окружающей температуры;
разборка кокиля, извлечение отливки, удаление песчаного стержня;
обрубка и очистка отливки;
термообработка отливки;
грунтовка;
контроль качества;
Достоинства: высокие показатели при сравнении с литьем в ПГФ; поскольку операций меньше, лучше механизировать производство; меньше расход материалов; меньше брак, т.к. выше точность; качество отливки выше (высокий эксплутационные свойства; улучшается структура металла; линейная точность выше; прочность; износостойкость высокая; гладкость высокая; лучше условия труда; выше экологичность (меньше вспомогательных материалов); уменьшаются припуски, увеличивается производительность.
12-13 кв, (80-10) Rz, многократность =f (материала): до 0,5 млн. Al отливок, 1-2 тыс. чёрных сплавов.
Недостатки: дорогой, сложность изготовления кокиля, ограниченная стойкость, которая резко снижается по мере увеличения температуры заливаемого расплава; необходимость применения сложных металлических и песчаных стержней для изготовления; сложность получения тонкостенных отливок, сильно ребренных отливок, вследствие ускоренного охлаждения отливки (чугун); повышенная чувствительность к отклонению параметров и свойств применяемых материалов.
Особенности кокиля:
Скорость охлаждения высокая, поэтому хуже заполняемость тонких стенок, соответственно необходимы расплавы с хорошей жидкотекучестью. Неподатливость стенок формы усадка внутренние напряжения больше трещин и коробление.
Появление газовых раковин, вследствие чего необходимость организации вентиляционных систем.
Литьё в кокиль экономически целесообразно при массовом и к/с производстве, относится к трудо-, энергосберегающим технологиям, улучшению условий труда в цехе.
Основные разновидности кокилей
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Вытряхные кокили.
Когда отливка простой конфигурации. Просты в обслуживании.
2.Разъёмные
13 EMBED KompasCDWFile 1415 Разъёмные с вертикальной плоскостью разъёмы могут, состоят из 2 и больше п/ф.
Горизонтальная плоскость разъема, применяется для простых крупногабаритных отливок.
Сложная конфигурация – сложный разъём кокиля.
От выбора разъёма кокиля зависит и качество отливки и стойкость кокиля. Положение отливки в кокиле определяют следующие условия:
– Направленное затвердевание отливки;
– Нижнее положение для более ответственных поверхностей;
– Плавность заполнения кокиля расплавом;
– Наиболее короткая литниковая схема (верхняя);
– Простой и надёжный отвод газов;
– Удобства очистки кокиля;
– Лёгкое извлечение отливки, большее количество металлических стержней;
– Использование механизации;
– Применение стойкого, экономичного в изготовлении и ремонте конструкторского исполнения кокиля.
С точки зрения механизации производства более удобны по извлечению отливки и установке стержней с вертикальными разъёмами.
Широко применяют многоместные кокили.
По способу охлаждения кокили:
воздушные
– естественные;
– принудительные.
2. жидкостные (Н2О, магнитные масла, температура кипения высокая).
Комбинированные методы охлаждения, переменная (периодически поливают Н2О).
По материалу рабочей стенки кокили:
– стальные;
– чугунные;
– Al;
– Cu.
По долговечности теплозащитного покрытия:
– С периодически наносимым покрытием;
– С постоянным покрытием (напыление стали, чугуна).
Элементы кокиля делятся на:
1гр. – основные (формообразующие элементы – плиты, поддоны, стержни, половины кокиля);
2гр. – вспомогательная (конструкционные – выталкиватели, запирающие механизмы, штыри, втулки, вентиляционные системы, система охлаждения и нагрева).
Корпус кокиля обычно исполняют коробчатым с рёбрами жёсткости. Разъём должен быть плоским, число частей минимальным, размеры и контур стенок кокиля повторяет размеры контура отливки. Толщина стенок кокиля должна иметь достаточную прочность и жёсткость, а также обладать необходимыми условиями для охлаждения и затвердевания отливки. Толщина стенки: ГОСТ 1637-70, 21093-75. В процессе работы рабочие стенки кокиля испытывают большие температуры, и силовые нагрузки, поэтому к материалу стенок предъявляют жёсткие требования: хорошие механические свойства, должны противостоять термохимической устойчивости, обладать окалиностойкостью, быть недорогими.
Материал кокиля вырабатывается в зависимости от материала отливки, в зависимости от её массы и конфигурации: CЧ 20, ВЧ 440, Ст 10, Ст 15ХМН, Ал 9.
Стержни могут быть металлические и песчано-глиняные, имеют уклон – 1-2о.
Вентиляционная система – для направления вывода воздуха и газов, её конструкция по ГОСТ 16250-70, 16252-70.
Центрирующие элементы – штыри и втулки, для обеспечения точности фиксирования половин кокиля. Их количество минимальное.
Запирающие механизмы служат для надёжного соединения половин кокиля и от предотвращения его раскрытия с целью исключения утечки расплава.
Наибольшее усилие при заливке возникает от коробления кокиля и от расширения отливки за счёт структурных превращений, чаще применяют гидравлические и пневматические приводы.
Для извлечения отливки из кокиля – специальный механизм с выталкивателям.
Кокильные машины, механизация, автоматизация литья в кокиль
Виды машин:
– Универсальная – 2,3,4 –х позиционные.
– Карусельные – 4,6,8,12,16 – позиционные.
Универсальная машина бывает 4 типов: от 200Ч200 до 1000Ч1000.
1 тип – с вертикальной плоскостью разъёма, одна неподвижная плита, отливка простых форм.
2 тип – с вертикальным разъёмом, 2 подвижные плиты, поддон отливается
средней сложности. Применяется часто.
3 тип – вертикальный разъём с 2 подвижными плитами, с механизмом снятия, установки стержней, отливка сложной формы (отливки сложной формы).
4 тип – вертикальный разъём, поддон, боковые и верхние механизмы снятия, установки стержней (отливка сложной конфигурации, тонкостенная отливка, ребренные отливки).
Специальное кокильное литьё – машины для 1 или для однотипных отливок (2,3,4 позиционные).
Карусельные машины применяются в массовом производстве.
Вертикальная ось вращения.
3 вида механизации:
автоматизация поточных линий (конвейеры);
автоматические линии (многопозиционные карусельные механизмы, агрегаты для заливочного устройства, дозирующие, для нанесения противопригарных покрытий, для очистки кокилей, транспортные механизмы для подачи отливок на обрезные пресса, конкретные приспособления, оборудование для отбивки литников);
механизация и автоматизация литья в кокиль, уменьшая потери металла на заливку, сокращение количества брака, повышенная точность отливки, улучшение условий труда в цехе;
Требования к автоматическим системам заливки:
заливочный ковш и кокиль должны строго фиксироваться;
ситниковая чаша и выпоры должны быть унифицированы;
заливаемое устройство должно обеспечивать необходимую скорость заливки и объём заливочного расплава;
необходимо исключить в расплаве неметаллические включения, потери т
· минимальные.
Режимы заливки и охлаждения металла в кокиль
Должно всегда обеспечиваться направленное затвердевание и питание отливки – следующие мероприятия:
рациональная конструкция отливки;
правильное расположение отливки в кокиле (массивная часть – внизу);
правильная конструкция литниковой системы (экономия при увеличении скорости заливки);
технологические режимы литья;
конструкция и свойства материалов кокиля.
Проектирование отливок при литье в кокиль
Габаритные размеры отливок должны быть минимальными, конфигурация должна обеспечить плоский разъём кокиля, желательно металлический стержень, число разъёмов и стержней должно быть минимальным.
Конфигурация отливки должна быть обтекаемой без острых углов, резких переходов, выступов, глубоких отверстий.
Правильно выбранные уклоны толщины стенок должны обеспечить заливку и питание всех элементов. Сочетание элементов отливки должно обеспечить лёгкую разборку формы и низкую усадку материала.
Оценка технологичности – через коэффициент габаритности.
13 EMBED Equation.3 1415V – объём, М – масса.
чем < Kv, тем выше технологичность.
У тонкостенных: 13 EMBED Equation.3 1415
Sпр- толщина стенки;
L – максимальный габаритный размер отливки.
Проектирование литниково-питающих систем
Выбирают тип системы, конструкторское исполнение системы (конфигурации стояка, форма сечения питателя) рассчитывают размеры элементов питания.
Конфигурация литниковой системы влияет на стойкость кокиля. Наибольшая стойкость – кокили с верхней питающей системой. Эти системы весьма экономичны.
Может быть одиночной.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Расход металла на верхнюю литниковую систему от 4 до 10%.
На боковую литниковую систему – 20-30%, применяют для многоместных кокилей.
Ярусные и нижние литниковые системы - для высоких и сложных отливок.
Верхние литниковые системы практически не уступают нижним в отношении количества неметаллических включений.
При заливке расплава с высокой температурой заливки, литниковая система располагается в разных металлических элементах (рис.3).
Особенности литья различных сплавов.
Чугун: высокая жидкотекучесть, низкая усадка.
Достоинства: возможность получения заданной структуры в различных частях отливки.
Используют все литниковые системы, кроме ярусных.
Литниковая система сужающаяся Апит:Ашл: Аст : 1:1,15:1,25.
Технологические режимы литья (скорость, время, температура подогрева кокиля, расплава, время затвердевания).
Время затвердевания зависит:
– масса отливки;
– форма, растворы, толщина стенки;
– материал отливки.
После извлечения из кокиля отливки очищают, отбивают литниковую систему, подвергают термообработке (отпуск, отжим, кристаллизация).
Характерные дефекты чугуна:
– недоливы;
– трещины (низкая технологичность конструкции);
– газовая пористость;
– несоответствие структуры металла из-за неправильной регулирования режима затвердевания.
Отливки из высокопрочных чугунов – редко, из-за низкой жидкотекучески, высокой усадки (2,8%).
Сталь: плохие литейные свойства, простая форма при малых растворах при равномерной толщине стенки. Используется верхняя сужающаяся литниковая система 1:1,5:2,0.
Цветные сплавы:
Al – лучшее литейные свойства у силуминов (Al+Si) АЛ6.
Литниковая система всех типов:
Система сверху – для простых и невысоких отливок;
Система снизу – для высоких отливок, типа корпуса;
Система сбоку – для высоких отливок сложных конфигураций;
Комбинированная система – обеспечивает спокойное заполнение;
Ярусная система – для сложных тонкостенных отливок.
Расширяющаяся литниковая система.
Технологические режимы литья: от массы, материала.
+Mg МЛ5, МЛ10.
Литейные свойства хуже, высокая усадка, литейная схема расширяется 4:3:1
Направленное затвердевание обеспечить.
Недостатки: пористость, трещины.
Cu латуни
высокая усадка (2,5%), высокая жидкотекучесть. Литниковые схемы сужающиеся 1:1,15:1,25
бронзы
высокая усадка, высокая жидкотекучесть. Льют оловянистые кремнистые, алюминиевые, марганцевые бронзы. Литниковая схема сужается 3:2:1.
Чистую медь льют редко: высокая усадка (2,8%), низкая жидкотекучесть, пористость, трещины.
Дефекты при литье цветных сплавов в кокиль:
– усадочные дефекты (раковины, трещины);
– недоливы (низкая температура расплава);
– шлаковые включения;
– газовая пористость.
Оформление чертежа отливки по ГОСТ 2423-73.
Литьё под давлением (ЛПД). Основные характеристики, сущность метода
Сущность: форма заполняется расплавом под действием внешних сил, превосходящих гравитационные силы. Затвердевание – при избыточном давлении.
ЛПД позволяет получить сложные по конфигурации тонкостенные(0,5 мм) высокого качества из цветных сплавов.
Силумины- 60% отливок.
Чугун, сталь(mотл=2 – 45кг).
Ограничения – литниковая машина.
Точность отливки до 8 кв.
Неровность поверхности – 0,2мм.
Шероховатость зависит от материала: 0,32 мкм по Ra.
Для Cu сплавов – 160Rz.
Шероховатость падает по мере износа формы.
Получают на машинах с горячей вертикальной камерой прессования (мелкие, сложные).
Холодно-горизонтальной камерой (крупные).
Экономическая целесообразность ЛПД:
Расплав заполняет форму за время 0,1с объём потока равен 100м/с, закупорка вентканалов, из полости не полностью удаляются газы. Вакуумирование камеры до заливки.
Достоинства:
от 300 до 3000 отливок в час;
возможность изготовления тонких стенок (0,5-100мм);
высокое качество материала, по размерам и шероховатости;
исключение операции сборки и выбивки форм;
возможности автоматизации;
хорошие условия труда;
высокий КИМ.
Недостатки:
массы и размеры отливки ограничиваются возможностью применения машин;
высокая стоимость пресс-форм в связи со сложностью и трудоёмкостью их изготовления при ограниченной стойкости;
сложность получения отливок со сложными внутренними поверхностями, не возможность изготовление карманов;
неподатливость пресс-формы, пористость.
Метод ЛПД применяют в условиях массового и крупносерийного типов производства для мелких деталей.
Машины при ЛПД разделяют по:
1. принципу действия:
– компрессорные;
– поршневые.
2. по узлу прессования
– с горячей камерой;
– с холодной камерой.
Поршневые с горячей камерой – распространены.
Недостатки горячих камер прессования: тяжелые условия работы поршня и пресс-форм, т.к. высокая температура; силовые нагрузки.
Недостатки холодных камер прессования: требует ручной заливки.
Параметры выбора машин:
по создаваемому давлению;
по усилию прессования пресс-форм;
по размерам плит;
по размерам камеры прессования;
по требуемой производимости;
по требуемой минимальной толщине стенки в отливке;
по требуемому ходу выталкивателя.
Типовые конструкции пресс-форм
Они имеют одну или несколько рабочих плоскостей, стержней, вставок, систем каналов для подвода расплава в форму, систем толкателей для извлечения отливки, систему каналов для охлаждения пресс-формы, системы вентиляции для отвода воздуха и газов.
Она состоит из неподвижных и недвижимых поверхностей. В зависимости от типа производства выбирают форму размеров отливки. Марки расплава – одно, многоместные пресс-формы.
Основные детали и механизмы пресс-форм
Механизмы фиксации стержней, извлечение и выталкивания стержней.
2 группы: формообразующие и конструкционные.
Формообразующие – рабочие вкладыши, вставки, стержни, литниковые втулки, рассекатели.
Конструкционные – плиты, упоры, обоймы, пластины, направляющие втулки.
Материалы деталей: 4ОХН, ЗХ2, У10А.
Основные принципы конструирования отливок:
– технологичность отливки (конфигурация выталкиваемой из формы, уклоны у поверхностей, обрабатываемых стержнями).
– должна соответствовать назначению по прочности, качеству, герметичности.
2 основных принципа:
– тонкостенность;
– равностенность (иначе дефекты по пористости).
Толщина ребра
· 0,8 толщины стенки.
уклоны: 10-30'.
внутренние: 10'-2о
Rсопр=
·1+
· 2
Сплавы для ЛСД должны обладать свойствами:
– Иметь малый интервал кристаллизации;
– Обладать высокой прочностью при небольшой температуре;
– Обладать хорошей жидкотекучестью;
– Обладать химической инертностью к материалу пресс-формы (Zn, Cu, Al).
Разработка чертежа отливки:
расположение отливки в пресс-форме;
выбор места подвода расплава (0,3-0,8мм на сторону);
назначение припусков на механическую обработку и допусков на размеры;
назначение литейных уклонов.
При ЛСД применяют 1 из 3 литневых систем в зависимости от расплава, форм, размеров отливки.
Прямая, внутренняя, боковая литниковая система (типа рамок).
Центробежное литьё
Получают отливки свободной заливкой металла во вращающиеся формы. Сущность литья: заполнение формы происходящей под воздействием сил.
С вертикальной осью вращения Горизонтальная ось вращения
13 EMBED KompasCDWFile 1415
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Недостатки многоместных изложниц: изделия разностенные.
Для колец, фланцев, втулок – вертикальная ось.
Горизонтальная ось – трубы длинные, равностенность с внутренней стороны, метод требует ручной заливки.
Формы помещают в кожух, в котором циркулирует вода, а отливки извлекают.
Производимость: 50труб/час при dтр=200-300мм,l=2-5м.

·вр. формы 13 EMBED Equation.3 1415, 250-1200мин-1.
S – плотность расплава.
r – радиус формы .
Центробежное литьё – высокопроизводительный метод, нет пустот, затвердевание под действием центробежной силы, неметаллические включения скапливаются на внутренней стороне трубы, тем самым обеспечивая хорошее качество отливки, можно использовать сплавы с пониженной жидкотекучестью, возможность получения тонкостенной отливки, нет необходимости в литниках, стержнях, выпорах.
Недостатки:
У сплавов склонных к ликвации, она усиливается, химический состав неоднороден. Вертикальная ось повышает припуск на внутреннюю сторону, чтобы компенсировать конусность.
13 EMBED KompasCDWFile 1415

13 EMBED Equation.3 1415 - для невысоких
13 EMBED Equation.3 1415 - для высоких
h – Расстояние от уровня расплава в чаше до горизонтальной плоскости, в которой находится рассматриваемая точка.
13 EMBED Equation.3 1415 - горизонтальная ось,
у – вертикальная ось. Вид гиперболы, которая получается со стороны свободной поверхности.
Во время затвердевания отливки при вращение формы происходит конвенционный теплообмен, что способствует направленному затвердеванию.
Большинство сплавов при центробежном литье склонны к ликвации, т.е. к неоднородности по химическому составу.
Достоинства центробежного литья:
Уменьшение расхода материала, исключение затрат на изготовление стержней, улучшение наполняемости формы, повышение плотности материала отливки, вследствие уменьшения раковин.
Недостатки:
Трудность получения отливок и склонных к ликвации расплавов, возможная загрязнённость поверхности, поточность размеров отливки со стороны свободной поверхности.
Способы центробежного литья и виды машин
Металлические формы для центробежного литья называется изложницами, применяют в машинах с горизонтальной осью вращенья (до 500мм).
Меньшее применение – изложницы с вертикальной осью вращения, в качестве материала – Cr Ni сплавы, 25Х2НН, чугуны СЧ20.
Применяют и керамические формы, оболочковые, литьё по выплавляемым моделям.
Дозировка расплавов при центробежном литье может быть по объёму расплава, по его массе, по переливу избытка расплава.
Достоинства: возможность получения армированных отливок, биметаллических труб из расплавов с разной температурой плавления, из металлических и неметаллических материалов. Возможность наварки жидкого металла на изношение цилиндрической поверхности.
Типы машин:
1. По назначению
– универсальные;
– труболитейные;
– специальные.
2. По расположению оси
– горизонтальные;
– вертикальные;
– наклонные(<5о).
3. По конструкции
– шпиндельные;
– роликовые;
– центробежные.
Припуски на механическую обработку при центробежном литье зависят от:
– от заливаемого расплава;
– от размера отливки;
– от материала формы.
наружное – 2-12мм, внутренние – в 2 раза больше.
Литьё по выплавляемым моделям
Сущность и технические возможности:
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Сущность ЛВМ заключается в использовании такой неразъёмной разовой модели, по которой из жидких формовочных смесей изготавливается различные оболочки. Перед заливкой расплава модель удаляется одним из методом: выплавлением, выжиганием, испарением.
Порядок получения форм:
изготовление пресс-форм (дерево, гипс, пластмасса);
в пресс-форму заливают модель;
наносят огнеупорный материал путём окунания её в суспензию с последующей сушкой. Окупают до 10 раз, на поверхности фор образуется керамическая оболочка
·=2-8мм;
выплавляют из керамической оболочки, затем пустотелую оболочку опускают в землю;
заливают в оболочку расплав.
Этот метод позволяет получать отливки сложной конфигурации с тонкими стенками, с малой шероховатостью Rz10, Ким=0,8-0,95.
Метало и трудо-сберегающая технология.
Достоинства:
Возможность изготовления из любых сплавов отливок сложной конфигурации с тонкими стенками и малой шероховатостью, возможность создания сложных конфигураций, объединяющих некоторые детали в узел, возможность применения в любом типе производства. Уменьшается расход формующих материалов, улучшение условий труда.
Недостатки:
Многооперационность и трудоёмкость производства изготовления форм. Сложность управления качеством изделия из-за большого числа технологических факторов. Большая номенклатура материалов, применяемых для получения форм. Повышенный расход металла на литники.
Изготовление пресс-форм, требования:
1. Обеспечить полученным методом заданную точность;
2. Пресс-форма должна иметь достаточно хорошую литниковую систему для заполнения формы и необходимую вентиляцию для отводов газов;
3. Должна обеспечивать нужную скорость охлаждения;
4. Должна иметь достаточную долговечность и простую конфигурацию.
Материалы – дерево, гипс, цемент.
Изготовление выплавляемых моделей
Техпроцесс:
приготовление модельного состава;
изготовление модели отливки и литниковой системы;
отделка и контроль модели;
сборка модели в блоки.
Модельные составы должны обладать определёнными свойствами:
Хорошей жидкотекучестью, небольшой температурой плавления, небольшой усадкой, минимальное расширение. Не должны прилипать к поверхности пресс-формы, должны обеспечивать соединение моделей блоки, безвредность и дороговизна.
Исходные материалы для получения модели: воск, стеарин, парафин, полиэтилен.
Из перечисленных материалов в определённых пропорциях делают смеси.
Изготавливают модельные включения следующим образом:
подготовка пресс-форм;
заполнение пресс-форм;
выделка и охлаждение с определённой скоростью;
разборки пресс-форм и извлечение модели
выдержка модели на воздухе до окончания усадки.
Сборка моделей в блоки.
Блок – модель отливки, соединённая в целое с литниковой системой.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Различают 4 вида:
пайка;
сборка в кондукторах;
механическое крепление;
сплавление.
Изготовление формы для литья:
Форма должна быть достаточно прочной, огнеупорной, иметь газопроницаемые стенки, иметь достаточную податливость, должна обеспечивать требуемую шероховатость поверхности отливки.
При ЛПВМ бывают дефекты:
поверхностные (наплывы, гребешки);
пористость (газовые раковины, горячие и холодные трещины);
отклонения размеров и формы из-за дефектов несоответствие химического состава;
Несоответствие химсостава.
Механические дефекты:
несоответствие расплавов;
механическая усадка;
3. тип производства.
При проектировании отливки исходными данными являются:
чертёж детали;
технические требования
Масса отливки от 1г до 300кг, от 1мм до 1м
Литейные радиусы и уклоны меньше, чем при литье в формы, проектируемого чертежа отливки включения – выбор отливки при заливки расплава. Выбор места заливки, назначение припусков(0,3...5 мм).
Литьё в оболочковые формы
Сущность метода в использовании горячетвердеющих смесей на основе связующих для создания тонкостенных форм (оболочек) с толщиной стенок =6-10мм.
Порядок операций изготовления полуформ:
изготовление модели;
крепление модели в плите;
подогрев плиты до температуры =250-300 оС;
получение формы с песчано-глинистых смесей;
изготовление стержня по необходимости;
соединение полуформ в одно целое.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
модель;
песчано-смолянистая оболочка;
наполнитель;
штифт для закрепления оболочки;
опока;
песок.
3 вида форм:
песчано-смолянистая
жидко-стеклянная
химически твердеющая
Выбор смесей зависит от формы отливки, материала отливки. Формы состоят из 2 или более частей. Очень редко изготавливают цельные формы. Для отливок простой конфигурации.
Припуски на механизированную обработку находится в пределах 0,25-2,5мм.
При литье в оболочковые формы, достаточно хорошо применяется механизация и автоматизация практически всех операций.
Этот способ нашёл применение в серийном и массовом производстве. Применяется для получения отливок из стали и некоторых видов цветных тугоплавких сплавов.

Штамповка жидкого металла
Сущность метода в том, что расплавленный металл после заливки в матрицу или форму штампуют в период кристаллизации. Т.е. металл остаётся под давлением (давлением пуансона)
13 EMBED KompasA3DFile 1415
заготовка
матрица
пуансон
выталкиватель.
Широко используется метод при получении толстостенных заготовок, в основном из цветным сплавов, малой шероховатостью, с высококачественной структурой материала Rz=6,3.
Припуски на механизированную обработку составляют 0,5-1,5мм. Штамповку литых заготовок производят на гидравлических прессах. При штамповке в пресса заготовку выдерживают 5-7с.
Применяют 2 вида штамповки:
облойный;
безоблойный (чаще).
Достоинства:
Необходимы небольшие усилия. Высокий коэффициент используемого металла, возможность получения крупных заготовок, небольшой износ штамповочного инструмента.
Недостатки:
Сложность дозировки объёмов расплава, быстрое остывание металла при получении отливок малых размеров. При получении стальных отливок очень большой износ инструмента и прилипание металла к инструменту.
Этим способом получают круглые, квадратные, прямоугольные заготовки крупных и средних размеров.
Обработка металлов давлением (ОМД)
Задачей ОМД является придание заготовке необходимых форм и размеров путём пластической деформации металла.
При получении заготовок методом ОМД нужно создать необходимую структуру и достаточно высокие механические свойства.
Способы обработки ОМД:
Существует около 20 основных видов, из них основные:
прокатка;
свободная ковка;
горячая штамповка:
– на молотах;
– на КГШП;
– на винтовых прессах;
– на КГМ (горизонтальная ковочная машина);
4. на специализированных машинах.
На выбор способа получения заготовки влияет:
формы и размеры, а также заготовки;
материал заготовки;
степень сложности;
требования к детали, возможность автоматизации и механизации процесса;
5. учёт имеющегося оборудования на заводе.
Конструктору при конструировании детали и технологу при разработке техпроцесса необходимо учитывать указанные выше факторы: минимальная себестоимость, степень автоматизации и механизации должна быть максимальной.
Технические возможности и область применения.
Отличается простотой, высокой экономичностью и производительностью, до 180шт/мин. В машиностроении до 40% деталей получается способом ОМД. ОМД позволяет получить заготовки от нескольких граммов до 400 тонн и размерами от нескольких миллиметров до 15 метров.
Для получения заготовок используют различные материалы. Точность 11-13кв. при шероховатости 1,6-0,8Ra. Коэффициент используемого материала (КИМ) колеблется в широких приделах. При ковке на молотах 0,4-0,5; при штамповке на прессах и КГМ 0,6-0,7; при штамповке холодными методами 0,9.
Способы малооперационные и включают следующие операции:
– нагрев исходной заготовки;
пластическое деформирование;
обрезка заусениц;
термообработка;
очистка от окалины (по необходимости), т.о.
Нагрев заготовки колеблется от нескольких секунд до нескольких часов, а в некоторых случаях до 2-3 суток. Время получения мелких заготовок не превышает 1-2секунд. Сейчас значительно расширилось получение заготовок.
выдавливание;
в разъёмных штампах;
в закрытых штампах;
в штампах с противодавлением;
высокоскоростная штамповка;
получение заготовок в режиме сверхпластичности.
Заготовки из проката, их виды и особенности
Прокат бывает сортовой и профильный. Для получения исходных заготовок применяются все виды проката, а также обжатые заготовки (блюмы, размерами 140–150 мм при l= 1–6 м). Все виды проката ГОСТ 6373-79.

13 EMBED KompasCDWFile 1415

Сортовой прокат ГОСТ 2590-71 и ГОСТ 2591-71 размерами от 5 до 250 мм, при длине 2–10 м;
Профильный прокат (упрощение процесса ОМД);
Прокат периодического профиля (арматурная сталь).
Применяют продольную и поперечную прокатку.
Поперечные делятся на следующие виды:
поперечно-винтовая ГОСТ 8320.13-83;
поперечно-клиновая;
собственно-поперечная ГОСТ 7524-83.
Полосовая заготовка используется для обработки детали давления разного размера, длина полоски от 2-10м, ГОСТ 103-76.
Наиболее характерные дефекты:
Полосовина глубиной от 0,5-1,5 мм;
Заусенцы толщиной до 1,5мм;
Клепы толщиной до 1,5мм,– это наслоение металла на основную поверхность при подготовке заготовки под штамповку.
Оборудование и инструменты для получения сортового и профильного проката
Прокатные станы бывают:
обжимные;
сортовые;
профильные;
листовые;
трубопрокатные;
специальные.
В качестве инструментов применяют прокатные волки (круглые и сортовые).
13 EMBED KompasCDWFile 1415
13 EMBED KompasCDWFile 1415

Вальцовочная машина – машина для изготовления периодического профиля.
Ковка – процесс обработки ОМД при котором ковочный инструмент оказывает ударные и прерывистые воздействия на заготовку, в результате чего заготовка получает заданную форму и размер.
2 вида ковки:
свободная (ковочные байки);
в штампах (подкладочные штампы).
Ковка характерна для единичного и мелкосерийного производства. При этом заливка деформируется при ковке.
Виды деформаций при ковке:
осадка;
протяжка;
вытяжка;
раскатка.
Штамповка – пластическое деформирование склонной заготовки в штампах, и как правило, за один ход деформируемого инструмента.
Различают виды штамповки:
горячую;
холодную;
объёмную;
листовую;
штамповка ГКМ.
Процесс штамповки намного производительнее, чем ковка, заготовка получается более точной по размерам, но более дорогой метод. Рентабельным является при массовом типе производства.
Деформации при штамповке:
сжатие;
изгиб;
сдвиг;
растяжение;
кручение.
На выбор метода изготавливаемой заливки оказывают влияние следующие факторы:
Размеры, конфигурация, масса отливки;
Тип производства;
Эксплутационные (требование по структуре и механическим свойствам).
Получение заготовки методами штамповки и ковки требуют исходной заготовки для производства поковок:
По профилю (простые, фасонные);
штучные и многоштучные;
Мерные, кратные и произвольной длины.
Простые включают в себя сортовой прокат круглого, квадратного, листового профиля, т.е. это заготовки, которые подвергаются обработке (литье, прокатка).

Основные способы разделки прутков на мерные заготовки
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Резка на сортовых ножницах
1. заготовка;
2. верхний нож;
3. нижний нож;
4. прижим;
5. упор.
z=14 при l=210D.
Достоинства метода:
Простота конструкции и высокая производительность.
Недостатки:
Низкая точность отрезки, неровность к поверхности среза.
Усилие Q может быть найдено по формуле:
Q=1,4 А·
·в ,
где А – площадь поперечного сечения;

·в – сопротивление при температуре резки.
Производительность до 1000 штук за 8 часов.
Резка в штампах
Обеспечивает более высокую точность и, кроме того, большую производительность. Производительность 4000 за смену.
Резка на хлодноломах
13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED KompasCDWFile 1415
ломатель;
заливка;
толкатели.

·=2-7 мм.
Достоинства метода:
высокая производительность метода, параллельный контроль металла на излом, возможность резки коротких заливок.
Недостатки:
Наличие уступов на заливки, требуется надёжное ограждение рабочего места.
Газопламенная резка
точность метода 1-3мм.
Достоинства:
Возможность получения сложного профиля, отсутствие острых кромок, возможность автоматизации. Большой уход металла (в зависимости от струи). При резке высоколегированных сталей приводит к трещинам.
Плазменная резка.
Позволяет резать прутки больших диаметров (режут трубы диаметром до 2,5 м), достаточная точность. Производительность выше в два раза.
Резка пилами:
точность метода от 0,25...1,5 мм на длину.
Пилы различают: зубчатые пилы, гладкие пилы, абразивные.
Высокая точность, хорошее качество поверхности (хорошая перпендикулярность в торце ).
Производительность малая, уход металла в стружку, наличие износа режущего инструмента.
Электроискровая резка (эрозионная):
Точность 0,1-0,25 мм.
Применение: в приборостроительстве (точные заготовки).
Анодно-механическая резка
Точность 0,1-0,5мм на длину. Инструмент – стальные диски.
Резка на установках взрывного действия
Применяется для получения заготовок на копрах (бункер).
Лазерная резка
Точность до 0,1 мм; появилось совсем недавно, может работать на произвольных материалах.
Нагрев заготовки и методы нагрева.
При ковке и штамповке температура нагревасоставляет 65-75% от температуры плавления материала, а значит нагрев калеблется в пределах 1700-750 оС.
Пи штамповке и ковке из исходных заготовок, получают из прутка, решаются две основные задачи.
предание заготовке заданной формы и размера;
получение оптимальной микроструктуры с минимальным остатком.
В результате нагрева значительно увеличивается пластичность и уменьшается сопротивление деформации.
Кроме того, для высоколегированных сталей при нагреве происходит образование окалины, местный перегрев, появление обезуглероживающего слоя, поэтому для каждой детали существует свой температурный нагрев.
Температурный цикл разделен на 3 основных этапа:
нагрев заготовки перед штамповкой;
остывание заготовки в процессе штамповки;
остывание заготовки после штамповки.
Температурный интервал ковки и штамповки включает в себя температуру начала и окончания пластической деформации, интервал температур делится на:
– допустимый;
– технологический;
– оптимальный.
Температура зависит от марки материала и колеблется в пределах 60-500оС.
Основное внимание уделяется оптимальной температуре ковки и штамповки (масса, требования к механическим свойствами к структуре штампованной заготовки). Оптимальный интервал ковочных температур устанавливается на основании лабораторных испытаний. Выявляется:
пластичность;
сопротивление деформации;
ударную вязкость;
строят график рекристаллизации деформированного металла с целью исключения нагрева до температур, способствующих чрезмерному росту зерна.
время затраченное на ковку и штамповку меньше времени остывания tk(ш)< tост..
температура ковки и штамповки больше времени остывания tk(ш)>tост (повторные нагревы).
Способы нагрева металла и типы нагреваемых устройств
Выбирают в зависимости от следующих факторов:
от массы заготовки;
от марки металла или сплава;
от серийности выпуска;
от тема выпуска заготовки;
При ковке применяются следующие типы печей:
камерные (для небольших заготовок);
крупнокамерные (для больших);
с выдвижным поддоном;
методические (точные параметры нагрева);
шахнокольцевые печи;
конвейерные.
При штамповке:
камерные с закрывающимися окнами;
камерные проходные
карусельные, конвейерные;
полуметодические;
специализированные печи (фасонные);
индукционные нагреватели (до Ш 200мм);
электроконтактный нагрев (до Ш 70мм в режиме к.з.);
солевые ванны (для мелких заготовок);
в электролите;
в расплавленном стекле (до Ш 150мм,безокислительный нагрев);
вакуумные печи;
среда инертного газа.
Самое большое распространение получил электронагрев.
Достоинства:
Быстрый нагрев и его высокая степень, малая окалина, повышенная износостойкость детали, производительность высокая, лучшие условия труда.
Недостатки:
Высокая стоимость, невозможность нагрева фасонных заливок, невозможность повторного нагрева.
Меры борьбы с окалинообразованием:
Окалина бывает первичной (1-4%) от массы заготовки, вторичная (0,6%) и образуется как в процессе штамповки так и в процессе нагревания.
На величину окалинообразования влияют следующие факторы:
отношения длины заготовки к её диаметру или размерам поперечного сечения;
положение заготовки в печи;
форма поперечного сечения;
марка или химический состав материала.
Считается, что начало окалинообразования от 700 оС, максимальная температура его образования 1100 оС.
Меры борьбы с окалинообразованием:
нагрев защитной атмосферы (СО2 Ar, He);
Применение обмазок (стеклянные, литиевые, керамические);
Увеличение скорости нагрева.
Способы очистки окалины:
При помощи скребков;
Проволочные щётки;
окалиноломатели;
Гидроочистка (для длинных заготовок, вода подается под углом 55о в течение 1-3с).
Контроль и регулирование температуры нагрева
Термометр – это общее название прибора для измерения температур. Действие его основано на измерении в зависимости от температуры каких-либо физических свойств вещества (объема жидкости, газа, пирометры, метод термопар).
Метод термопар основан на том, что если нагреть место спайки различных металлов, оставляя свободные концы с более низкой температурой, то на концах будет возникать термо ЭДС (константан), величина которой зависит от разности температур спаек и материала термопары (тарирование – нелинейная зависимость).
Фотоэлектрические методы(под действием теплового излучения возникает ток, который усиливается усилителями и регистрируется измерительным устройством).
Недостаток:
Сложность конструкции и ошибки от влияния окислых плёнок на заготовке.
Контроль и регулировка температур нагрева производится для основных составляющих терморежима:
температуры нагрева;
продолжительности нагрева;
температуры во время деформации;
температуры и времени остывания после штамповки.
Для регулирования температур применяются термопары (платино-иридиевые и др.). Время нагревания или остывания определяется часами. При необходимости используются соответствующие приборы на основе реле, термопар и пирометров, которые способны регулировать температуру и время нагрева в нагревательных устройствах.

Основным положение теории ОМД.
В основе ОМД лежит положительный процесс пластической деформации, при которой изменяется форма без изменения массы.
Все расчёты размеров и форм при ОМД основаны на законе постоянства объёма, т.е. считается объём до и после ОМД const.
Изменение формы может происходит в направлении 3 главных осей. При этом точка стремится перемещаться в том направлении, где создаётся наименьшее сопротивление перемещения. Это положение в теории ОМД называется законом наименьшего сопротивления. При свободной форме тела, измеренных в разных направлениях наибольшая деформация происходит в том направлении, в котором большинство перемещающихся точек имеют наименьшее сопротивление перемещения.

13 EMBED KompasCDWFile 1415
При прокате волками с поперечными сечениями вдоль оси сдерживается, а в поперечном направлении увеличивается.
Пример:
Правило наименьшего периметра, эти законы распространены на все методы ОМД. Любой процесс ОМД характеризуется коэффициентом деформации.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Эти законы распространяются на все способы ОМД. Любой способ ОМД характеризуется коэффициентом деформации и очагом деформации.
На примере прокатки.
13 EMBED KompasCDWFile 1415



·h=h0-h1 – называется линейным или абсолютным обжатием.
13 EMBED Equation.3 1415 - относительное обжатие.
13 EMBED Equation.3 1415 .
13 EMBED Equation.3 1415

· – угол захвата

·АВС~
·АСЕ
13 EMBED Equation.3 1415
(АВ)2=ВЕ*ВС
13 EMBED Equation.3 1415
Процесс обкатки обеспечивается трением между металлом и валками. В этот момент будут действовать две силы N и Т. Для обеспечения втягивания необходимо чтобы сообщалось усилие.
2Тх>2Nх.
2Т cos
·>2N sin
·.
При этом сила резания Р должна быть направлена в сторону течения металла.
Т=µ·N.
µ- коэффициент трения.
13 EMBED Equation.3 1415.
µ> tg
· tg
·>tg
·.

· >
· – условия захвата.
Рассмотрим случай сжатия цилиндра под прессом.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
При деформации цилиндра на бесконечно малую величину
·h , объём можно определить:
dVg=Fdh,
13 EMBED Equation.3 1415 ; V- const.
13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Т.к. h0 /h1=1/( , то полный смещенный объем будет равен 13 EMBED Equation.DSMT4 1415.
Смещённый объём служит мерой скорости деформирования 13 EMBED Equation.3 1415.
ln
·- удельный объём смещения.
При холодной ОМД образуется волокнистая структура (наклеп), её прочность и твёрдость повышается, а пластичность и вязкость уменьшается – т.е. происходят процессы упрочнения и охрупчивания. Для ОМД важно, чтобы с увеличением стенок пластическая деформация и придельная текучесть росла быстрее. Процесс упрочнения наиболее эффективен при деформации до 30%,при степени деформации 80% пластичность материала уменьшается на столько, что ОМД становится проблематичным, происходит разрушение материала. В зависимости от степени выделяют:
Холодно-пластическую деформацию, если она не сопротивляется процессам возврата и кристаллизации, а степень упрочнения при деформации постеппено растёт.
Неполная холодно-пластическая деформация, при которой происходит только процесс возврата, что приводит к некоторому снижению точности и увеличению пластичности при небольшом нагреве.
Неполная горячая, возврат и частичная рекристаллизация, при чем степень упрочнения становится ещё меньше.
Горячая пластическая деформация, в этом случае проходят все основные процессы разупрочнения без заметного улучшения деформации тела.
Для подсчёта усилий горячего деформированного металла и их сплавов необходимо знать величину истинного сопротивления деформации при соответствующих температурных скоростях и степени деформации. Истинное сопротивление деформации есть напряжение, определяемое как отношение усилия растяжения к площади действий поперечного сечения образца в данный момент деформации.
Величину истинного сопротивления деформации определяют на специальных установках, изменяющих основные параметры температуры, степени и скорости деформации.
Свободная ковка
Свободная ковка – ручная ковка и машинная (пресса и молота), точность поковок определяют следующие факторы:
форма, размеры, масса;
вид кузнечного оборудования;
тип кузнечного инструмента (байки, подкладные штампы);
вид деформации;
суммарная степень деформации.
Поковки получают этим методом разделяя:
пластинные диски ;
цилиндры и бруски Н=(0,5-1,2)d;
гладкие поковки круглого и прямоугольного профиля (1,2)d ;
поковки круглого поперечного сечения с уступом;
с фланцем ;
диски с отверстием;
бруски и цилиндры с отверстиями;
кольца.
Определение массы и размеров исходные заготовки для свободной ковки. Масса исходной заготовки зависит:
от типа исходной заготовки;
от вида ковочного оборудования;
от вида нагревательного устройства;
от формы и размеров заготовки.
Масса исходной заготовки и слитка может получится:
Мсл=Мпок+Мдопуск+Мугар,
Мдопуск= 7-10%,
Мугар=1-4%.
Масса выдры (дырка от бублика).
Масса обрезки заготовки.
Масса прибыли 20-30%.
Gпок=Gдет·Кр.
Кр= 1,02-1,7 в зависимости от конфигурации детали и от марки материала.
Производится на основании:
– формы и массы поковки;
– применяемых размеров исходной заготовки.
Расчёт производят по самой тяжёлой операции.
По этим данным выбирают усилие гидравлического пресса и его модели или модели частей молота.
13 EMBED KompasCDWFile 1415 13 EMBED KompasCDWFile 1415

Для выбора модели паровоздушного молота определяют энергию для самой тяжёлой операции.
W=UДЕФ·Рgу·
·.

· = 0,1.
Оформление чертежа поковки делают на основе чертежа готовой детали с учётом припусков, допусков и напусков.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Область применения ограничена.
ОГШ (объёмная горячая штамповка)
Сущность процесса заключается в том, что нагретая заготовка пластически деформируется с изменением размеров по 3 координальным осям и приобретает форму и размеры, соответствующие полости штампа инструмента.
Получают заготовки из стали и цветных металлов.
При ОГШ на одном штамповочном инструменте можно получить поковки только одной формы и размеров, соответствующих полости изделия. Масса от нескольких грамм до нескольких тонн. Метод рентабелен при крупно-серийном и массовом производстве.
Для получения точных поковок широкой номенклатуры изготавливают на следующем оборудовании:
КГШП;
ГКМ;
радиально-обжимные машины;
гидровинтовые прессы;
высокоскоростные молоты (15-30м/с).
Выделяют 3 этапа ОГШ:
– Подготовительная операция;
– Оформление поковки в штампе;
– Отделочная операция (обрезка заусенца).
При ОГШП используют 2 вида ручьёв:
– открытый (образование заусенечной канавки),
– закрытый.
Основные операции ОГШП:
– осадка;
– выдавливание;
– прошивка;
– вальцовка;
– высадка;
– радиальное обжатие.
Штамповка в открытые штампы.
С целью улучшения заполнения полости штампа назначают заусенец.
Заусенечные канавки при штамповке отличаются:
– на КГШП – открытые;
– на молотах – закрытые.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Для всех случаев ОГШ рассчитывают минимальные размеры заусенцев.
Штамповка в открытые штампы при ОГШ характеризуется:
Объём не постоянен;
Истечение лишнего металла в заусенец минимальное (перпендикулярно штампуемому инструменту);
При обрезки заусенца волокна поковки в месте обработки оказываются перерезанными.
4 стадии ОГШП при штамповке:
Осадка исходной заготовки до соприкосновения с полостью штампа;
Заполнение острых углов полости штампа и начала образования заусенцев;
Вытекание всего лишнего металла в заусенец и окончательное заполнение полости штампа, доштамповка по высоте, которая может быть сравнена с эталоном, т.е. с поковкой.

Штамповка в закрытом штампе.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Штамповка в закрытом штампе характеризуется:
– заусенец не предусматривается, поэтому объём деформируемого металла считается постоянным;
– микроструктура металла характеризуется получением волокон в направлении детали;
– величина заусенцев не превышает 0,5% массы заготовки.
Она эффективна особенно для получения поковок из малопластичных сплавов, вследствие того, что колеблется пластичность этих сплавов в результате появления напряжения. 13 EMBED Equation.3 1415
13 EMBED Equation.3 1415
Для получения поковок в закрытых штампах предъявляются более жёсткие требования к размерам исходных заготовок.

Штамповка выдавливанием осуществляется на прессах и ГКМ, реже на молотах.
Различают:
– Прямое;
– Обратное.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Штамповка выдавливания применяется для получения заготовок 11-12кв. и шероховатости до 2,5Rz. Такой частоте поверхности соответствует штамповка в открытые штампы.
Недостатки: Высокие усилия; интенсивный износ штампа, применение обильной смазки, а штампы должны быть из сверхтвердых материалов.
Различают 3 стадии выдавливания:
осадка до соприкосновения поверхности со стенками матрицы;
Заполнение острых углах матрицы;
Свободное устранение материала через отверстие.

Степень деформации при выдавливании
13 EMBED Equation.3 1415.
Штамповка в разъёмные матрицы.
Применяется для получения поковок типа крестовин и др. сложных по конфигурации деталей.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Матрица имеет один или два разъёма перпендикулярных и один параллельный.
В качестве оборудования применяют прессы, ГКМ, винтовые, гидровинтовые машины.
Прошивка в штампах
Представляет процесс давления на заготовку и получение ее после придания силы на нее.
13 EMBED KompasCDWFile 1415

В зависимости от материала применяют в закрытых и открытых штампах, изготавливают детали типа гильз, стаканов и др.
Штамповка в режиме сверх пластичности применяется для получения заготовок из специальных сплавов при низких температурах и температурах рекристаллизации. При этом необходимо соблюдать определенную скорость деформации сплава, а сплав должен иметь мелкое зерно, не больше 1...5 мкм.
Эта штамповка повышает пластичность и понижает сопротивление деформации.
Высокоскоростная штамповка производится на высоко-скоростных модулях при скорости деформирования 15-30 м/с.
Достоинства:
Сокращение контактного трения в 2-5 раз, появление больших инерционных сил, сокращение времени контакта пуансона с разогретой заготовкой.
Все это способствует повышению производительности, появляется возможность уменьшения ковочных температур (высоко-скоростной штамповка заключается в том, что на высоко-скоростных молотах создается высокое давление газа с помощью специальных устройств).
Изотермическая штамповка
Штамповка происходит в штампе, нагретом до 1000оС. При этом штамп находится в индукционном подогревателе. Такая штамповка применяется для деталей из специальных сплавов, таких как:
– имеющийся узкий интервал температур и низкую теплостойкость, требующих низких скоростей деформирования.
Недостатки:
Высокая стоимость штампа, индуктора, сложность работы.
Достоинства:
Получают точные и качественные поковки из твердых сплавов.
Штамповка на гидроскопических прессах
Штампуют заготовки, которые невозможно получить на другом оборудовании.
Недостаток: тихоходность прессов.
Штамповка на винтовых прессах
Штампуют трудно деформированные и мало пластичные сплавы.
Технико-экономические особенности:
– можно использовать открытые и закрытые виды штампов;
– можно получить точные поковки;
– наличие выталкивателя.
ГКМ
Представляет собой механический пресс, расположенный в горизонтальной плоскости, кроме главного ползуна есть ползун, движение которого перпендикулярно движению главного ползуна, осуществляющего смыкание и размыкание матриц. В отличии от молотовых и пресс штампов, штампы ГКМ имеют два перпендикулярных разъёма, которые бывают открытыми и закрытыми и позволяют получить поковки без уклонов. Поковки ГКМ обычно тела вращения (пустотелые валы, втулки и др.).
ГКМ позволяет производить высадку конусов на длинных прутковых и трубных заготовках (до 3 м), штамповать осадкой в торец изделия сплошной формы. Производить отверстия без отходов на осечку. Припуски и допуски по ГОСТ 7505–71, т.к. ГКМ обладает меньшей жёсткостью, чем КГШП и поэтому их поковки по размерам большие по значению.
Штамповочные уклоны на участках поковки, формируются в полости пуансона. Наружные радиусы закругления равны припуску на механическую обработку, внутренние уклоны от 1о до 5о.
Достоинства:
Экономия металла, более точные и сложные поковки, исключается необходимость в дополнительной резке на штучные заготовки.
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Штамповка на молотах
Для получения штамповых поковок применяют следующие виды молотов:
– паровоздушный штамп двойного действия (первый удар слабый);
1 – заготовка,
2,3–верхнее и нижнее положения штампа,
4–шток,
5–поршень. – паровоздушный штамп простого действия;
– фрикционный;
– ковочные молота.
Характерная особенность: при первом ударе от заготовки отскакивает окалина, что исключает необходимость предварительной очистки от окалины.
При штамповке на этих молотах скорость находится в пределах 5-7 м/с. Ударный характер деформации способствует заполнению верхнего штампа. Масса находится в пределах от 100г до одной тонны.
Классификация молотовых поковок.
Изготавливают их двух классов:
квадратные и круглые;
с удлинённой осью.
Виды штампов и штамповочных узлов
одноручьевые – применяются в крупносервесном производстве;
многоручьевые применяются в массовом производстве;
подкладные – единичный и мелкосерийный тип производства.
Выбор переходов штамповки зависит от формы, размера и массы штампуемых поковок.
Оформление чертежа поковки
Производится на основании чертежа детали с учётом припусков, допусков, напусков, радиусов.
При выборе переходов штамповки необходимо исходить:
отношение поперечных размеров поковки до и после штамповки;
отношение поперечных сечений поковки к её длине;
масса заготовки.
Штамповка на КГШП
13 EMBED KompasCDWFile 1415
ползун,
кривошипный механизм,
штамп,
заготовка.
У КГШП есть свои отличия от молота:
– Высокая жёсткость стальной станины и кривошипного механизма;
– возможность регулирования высоты штампа;
– неударный характер работы;
– неударный характер работы 0,5-0,8м/с;
– нет шума;
– высокий КИМ за счёт уменьшения припусков и допусков;
– высокая производительность;
– за счёт изготавливаемой поковки;
– высокая возможность механизации и автоматизации.
Недостатки:
– существует возможность заклинивания.
– дороже.
Особенность штамповки на КГШП:
13 EMBED KompasCDWFile 1415
Соприкосновение верхней полвины составляет от 0,005 до 0,01 с, а у пресса 0,05 до 0,1с как и на молоте верхнюю половину штампа заполняют вручную при конструировании поковки, а также необходимо учитывать деформацию 1-2%.
Для получения линейного отклонения по размерам штамповки, поковку удерживают 2 основных условия:
стабильность размножения заготовок.
стабильность температуры конца штамповки.
Заготовки по КГШП получаются резные и другие. Выбор переходов штамповки и определение размеров заготовки.
13 EMBED KompasCDWFile 1415

Выбор переходов штамповки зависит от формы, размеров и марки материалов, а выбор размеров исходной заготовки определяется в порядке обратном техпроцессу (если штамповка, то с учетом заусенцев и расчета на удар обязательно учитывается износ штампа).
Завершающие операции для ОМД.
Это термообработка и очистка от окалины, отпуск, отжиг, нормализация, старение.
Улучшение – двойная т.о. углеродистых сплавов с последующим высоким отпуском (550-650о).
Нормализация – т.о. стали при нагреве 750–950 оС, выдержка и последующее охлаждение (повышение механических свойств).
Отпуск – т.о. после закалки (уменьшает хрупкость, лучше обрабатываемость) Бывает низкий отпуск (120-250оС), средний (300-400), до 650оС – высокий.
Отжиг- т.о. сплава, нагрев и выдержка при медленном охлаждении, для получения структур, близких к равновесному состоянию (улучшается обрабатываемость, уменьшаются остаточные напряжения).
Определение мощности кузнечно-штамповочного оборудования.
Усилие пресса определяется по массе падающих частей (теоретический, экспериментальный, эмпирический методы).
13 EMBED Equation.3 1415 – метод точный, но громоздкий.
G –масса падающих частей.
Апок– площадь поперечного сечения.
n – количество ударов.

· – удельная работа при определенной температуре.
Для пресса усилие F=(10-12)G
Н – высота падения.
( – учитываемый коэффициент отклонения.
Экспериментальный метод.
F=Руд·А·М -для получения поковок.
Руд- удельное усиление.
М- масштабный коэффициент.
F- сила для пресса.
М- из таблицы, в зависимости от соотношения массы поковки к массе экспериментального образца.
Конструирование поковок:
Чертёж разрабатывается на основе чертежа готовой детали.
При этом выполняются следующие виды работ:
Выбирают форму поковки с учетом углублений, выступов, форма поковки во многом зависит от вида оборудования (пресс, молот, ГКМ), от вида штампа.
Устанавливается положения разъёма штампа, при этом учитываются следующие условия: линия разъема не должна проходить по верхней поверхности поковки. Верхняя половина штампа заполняется металлом (легче нижней). Линия разъёма должна быть плоской линией. Назначают радиусы закруглений, в зависимости от формы, размеров и массы поковки. Внутренние радиусы в 3 -4 раза больше наружных; назначают уклоны (7о–10о на молотах, в закрытых штампах 1о-2о,прессах – 5о-7о).
Определяют намётку. Назначают припуски на механическую обработку, которые зависят от следующих факторов: формы, размеров и массы заготовки, класс точности, вида нагрева, шероховатости. Определяют степень сложности С1, С2, С3, от вида штампа и величины заусенца.
Припуск на сторону определяется по формуле:

·=0,4-0,015h+0,0015l (h – максимальная высота, l – максимальная длина).
Припуск увеличивается для сталей, склонных к короблению, и уменьшают на те поверхности, которые не требуют большой точности. На все размеры поковки с учётом припуска назначают допуски, в ряде случаев для упрощения формы назначают напуски.
Оформляют чертеж поковки (соответствует ее расположению в форме штампа). Простановка размеров соответствует детали (проставляют размеры в холодном состоянии). При конструировании штампа:
l1=lo(1+
·t) – размеры ручья.
l1 – размер горячей штамповки,
l0 – размер на поковке в холодном состоянии,

· – коэффициент расширения,
t – температура (900–950оС).
Качество поверхности штампованных поковок определяют по параметрам:
неточность диаметральных и продольных размеров;
сдвиг частей поковки по линии разъёма штампа;
несоосность прошиваемого изделия по отношению друг к другу;
не параллельность торцовых поверхностей;
возможность остатка заусенца;
перештамповка;
заштамповка окалины.
Качество поверхности штампуемых поковок определяется по параметрам:
– от вида штампованного оборудования;
– от типа штампа (открытого и закрытого);
– от точности исходной заготовки;
– от степени сложности;
– от типа производства.
Определение размеров исходной заготовки производят на основании следующих данных: формы, размеров, вида оборудования, типа штампа, вида нагрева и степени деформации.
Порошковая металлургия (ПМ)
Отходы: 2-5% при ПМ(твердые сплавы – спекание – расплавление матрицы). Очень высокое качество деталей.
Получение порошков: после получения формирование, затем спекание, отделочные операции.
Свойства порошков:
– насыпная масса;
– текучесть и прессуемость.

Методы производства:
Холодное прессование – одностороннее (большие габариты), двухстороннее (более равномерное распределение плоскости d > 2l).
Гидростатическая
Достоинства:
Простота конструкции, не надо дорогостоящих пресс-форм, меньше усилия, используется для единичного и мелкосерийного производства.
Недостатки:
Требуется механическая обработка.
Штучное прессование
Когда в порошок добавляют пластификатор (парафин, каучук).
Механические прессы:
– эксцентриковые;
– кривошипные;
– кулачковые;
– гидравлические.
Отделочные операции – это калибрование, обработка резанием, т.о. или т.х.о., повторное прессование.
Технологические требования:
– связанные как с материалом так и спецификой технологии;
– нельзя допускать резких изменений толщины детали.
– нельзя допускать узких выемок, острых углов;
– соприкасающиеся поверхности должны иметь радиусы перехода 0,25 мм;
– избегать радиальных канавок и сквозных отверстий;
– в зависимости от удобства прессования необходимо углубления или пазы заменять выступами и наоборот.
Порошковая металлургия, как метод производства заготовок отличается разнообразием технических приёмов и способов производства, в результате чего получаются самые разнообразные по свойствам.
Можно выделить 2 тенденции:
– возможность получения новых материалов и получение деталей конструкторского назначения.
Достоинства:
выше экономия материала. При прессовании детали с окончательными размерами, которые не нуждаются в последующей обработке.
возможность получения из тугоплавких материалов (псевдо материалов, пористых материалов – так получаются фильтры, самосмазывающиеся подшипники. Возможность получения высокой чистоты поверхности. Возможность автоматизации процесса, не требующих сложного оборудования.
Механические свойства характеризуют по удлинению
· и твердости HB,HRC и HRA.
С увеличением пористости, коррозийная стойкость уменьшается.
Материалы для ОМД
Хорошая пластичность (углеродистые, легированные, жаропрочные, медные сплавы, алюминиевые, титановые, никилиевые).
При выборе метода ОМД: чем ниже пластичность, тем сложнее изготовить качественно. При изготовлении поковок из тугоплавких сплавов необходимо перед штамповкой делать жеще систему.
Для сплавов, которые подвергаются деформации в холодном состоянии подвергаются особо жестким требованиям по пластичности (сталь 15,25).














Вопросы к экзамену по курсу «Проектирование и производство заготовок».
1.Цель и основные задачи изучения курса ППЗ. Основные задачи современного
машиностроения.
2.0сновные техпроцессы получения заготовок и факторы выбора их.
3.Направления развития литейного производства и его преимущества. Факторы,
влияющие на конфигурацию отливок.
4.0сновные литейные свойства материалов для изготовления отливок.
5.0сновные группы литейных сплавов. Литейные сплавы сталей С4,К4,В4 и их
литейные свойства.
6.Материалы для производства отливок, требования к ним. Литейные свойства
цветных сплавов.
7.0сновные способы литья, их достоинства и недостатки, область применения и
технологические характеристики.
8.Классы точности и степени сложности отливок. Факторы, влияющие на точность.
Припуски, напуски, допуски, радиусы скруглений.
9.Литье в землю. Достоинства и недостатки. Основные операции техпроцесса.
10.Комплект литейной технологической оснастки: модели, модельные плиты,
стержневые ящики, опоки.
11.Литейный стержень и его знаки. Классы стержней и требования к ним.
12-Изготовление стержней. Способы (ручные, машинные).
13.Свойства формовочных смесей: механические, технологические, теплофизические.
14.Формовочные материалы: песок и глина.
15.Связующие материалы, добавки, их свойства и требования к ним.
16.Формовочные смеси, их достоинства и недостатки, область применения.
Приготовление смесей.
17.Специальные формовочные смеси, достоинства и область применения. Стержневые смеси и требования к ним.
18.Изготовление форм при ручной и машинной формовке. Методы и техпроцессы
формовки.
19.Схемы прессования формовочных смесей. Механизация и автоматизация
изготовления литейных форм. Перспективы повышения качества отливок.
20.Коструирование отливок при литье в ПГФ. Требования при разработке чертежа отливок.
21. Литниковая система и основные принципы ее конструирования. Зависимость от материала отливки.
22. Основные типы литниковых систем, факторы их выбора, требования к ним.
23. Литье в кокиль. Особенности способа и его основные операции. Положение
отливки в кокиле.
24. Разновидности конструкций кокилей. Их элементы и классификация.
25. Кокильные машины. Режимы заливки и охлаждения металла в кокиле.
26.Проектирование отливок при литье в кокиль, проектирование литниково-питающих систем.
27.Особенности литья в кокиль различных сплавов. Достоинства и недостатки,
дефекты отливок.
28.Литье под давлением. Характеристики процесса, его достоинства и недостатки.
Основные принципы конструирования отливок, разработка чертежа отливки.
29. Машины для ЛПД, типовые конструкции прессформ, детали и механизмы.
30. Центробежное литье. Сущность процесса, достоинства, недостатки, область
применения.
31. Способы центробежного литья и виды машин. Разработка чертежа отливки.
32. Литье по выплавляемым моделям. Сущность и технологические возможности.
Проектирование отливки.
33.Литье по ВМ: Изготовление прессформ выплавляемых моделей. Материалы для получения моделей. Сборка моделей в блоки. Изготовление форм для литья.
34. Литье в оболочковые формы.
35. Штамповка жидкого металла. Сущность и достоинства.
36. Литейное оборудование и литейные автоматические линии.
37. ОМД. Технологические возможности и факторы выбора способа. Ковка и
штамповка. Определение и выбор.
38. Заготовки из проката. Оборудование и инструмент для получения сортового и
профильного проката.
39. Специализированные процессы: гибка, вальцовка, профильно-периодическая и поперечная, поперечно-клиновая прокатка, раскатка колец, накатка.
40. Исходные заготовки для производства поковок.
41. Нагрев заготовок, способы нагрева. Меры борьбы с окалинообразованием.
42. Контроль и регулирование температуры нагрева.
43. Основные положения теории ОМД, Примеры расчета.
44. Свободная ковка. Выбор оборудования.
45. Объемная горячая штамповка. Облойная и безоблойная.
46. Штамповка выдавливанием, в разъемных матрицах. Прошивка в штампах,
штамповка в режиме сверхпластичности.
47. Высокоскоростная и изотермическая штамповка. Особенности и область
применения. Оборудование.
48. Кузнечно-штамповочные машины. Классификация, автоиатизация.
49. Конструирование поковок. Материалы ОМД.
50. Определение мощности кузнечно-штампового оборудования (теоретический,
эмпирический и экспериментальный методы).
51. Штамповка на молотах: оборудование, виды штампов, выбор переходов,
оформление чертежа заготовки.
52. Штамповка на КПЛП: особенности процесса, выбор переходов, оформление
чертежа заготовки.
53. Штамповка на ГКМ: оборудование, требования к поковке, оформление чертежа.
54. Методы порошковой металлургии, достоинства и недостатки. Требования к
исходному материалу и деталям.
55.Сварка - как способ получения заготовок. Требования к свариваемым материалам.
56. ТП сварки, классификация основных видов сварки.
57. Автоматизация дуговой и контактной сварки. Оборудование, перспективы,
проблемы.
58. Завершающие операции производства поковок: трмообработка, обрезные,
правильные, калибровочные работы.
59. Холодная объемная щтамповка: холодное выдавливание, высадка.
60. Холодная листовая штамповка: вырубка, пробивка, вытяжка, обтяжка,
отбортовка, рельефная формовка
13 EMBED KompasCDWFile 1415

13 EMBED KompasCDWFile 1415

13 EMBED KompasCDWFile 1415



 46HXv ЁЄґ
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·®
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·Root Entry

Приложенные файлы

  • doc 26767635
    Размер файла: 2 MB Загрузок: 0

Добавить комментарий