Изготовление литых деталей из металлических сплавов

Изготовление литых деталей из металлических сплавов

Оглавление

1.Изготовление литых деталей из металлических сплавов

1.1. Общие сведения

1.2. Технологические требования к конструкции деталей

1.3. Литье под давлением

1.4. Формообразование деталей методом литья по выплавляемым моделям

2.Изготовление деталей из пластмасс

2.1. Технологические особенности конструирования пластмассовых деталей

2.2. Изготовление деталей из термореактивных пластмасс

2.3. Изготовление деталей из термопластичных пластмасс

3.Изготовление деталей из керамики

3.1. Исходные материалы керамических изделий

3.2. Изготовление исходной керамической массы

3.3. Методы изготовления керамических деталей

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1.Изготовление литых деталей из металлических сплавов

1.1. Общие сведения

В производстве РЭС для снижения металлоемкости и трудоемкости изготовление некоторых деталей производят из литых заготовок - отливок. К числу таких деталей относят корпуса сборочных единиц приемников, пе-редатчиков; деталей антенных устройств, волноводных линий; радиаторы охлаждения; детали механизмов различных систем; постоянные магниты.

Основными операциями технологических процессов получения отливок являются: плавка металла, заливка расплава в форму, удаления отливки из формы после ее затвердевания, отрезка литников, термообработка.

В зависимости от применения технологического оборудования и конструкции литейных форм различают следующие виды литейных процессов: литье под давлением, литье в металлические формы, литье в оболочковые формы, литье в песчаные формы. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности, экономической целесообразности.

Типовым технологическим оборудованием являются плавильные печи, машины для литья под давлением, машины центробежного литья, формовочные машины, сушильные агрегаты, металлорежущие станки для отрезки литников.

Технологической оснасткой являются пресс-формы, литейные формы, модели, металлические литейные формы-кокили и т.п.

В зависимости от назначения детали и ее конструкции для получения отливок применяют: стали и сплавы на основе алюминия, меди, титана, магния. Технико-экономическая эффективность процессов литья обоснована возможностью изготовления заготовок для деталей сложной формы, с достаточной точностью размеров при рациональном использовании сплава.

1.2. Технологические требования к конструкции деталей

Конструируя литую деталь, необходимо учитывать литейные свойства заливаемого сплава: жидкотекучесть, кристаллизацию и усадку.

Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. Сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектические сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы и затвердевающие в интервале температур. Чем больше жидкотекучесть, тем тоньше может быть получаемая стенка. В то же время жидкотекучестъ зависит от условий теплоотдачи в форме.

Кристаллизация сплава происходит в направлении, перпендикуляр-ном поверхности теплоотдачи. Скорость кристаллизации меняется от максимальной у поверхности до минимальной в центре стенки отливки. Одновременно происходит рост кристаллов-зерен. Для создания равномерной и мелкозернистой структуры желательно уменьшать толщину стенок.

Усадка - свойства металлов и сплавов уменьшаться в объеме при охлаждении. Относительная линейная усадка Кл определяется из соотношения

, (5.1)

где - размер формы, - размер отливки при комнатной температуре.

Линейная усадка для углеродистых сталей составляет 2 - 2,4 %, для алюминиевых сплавов 0,9 - 1,5 %, для медных - 1,4 - 2,3 %. Линейная усадка вызывает образование трещин и коробление вследствие торможения усадки в отдельных местах отливок. Объемная усадка (Коб = 3 Кл) приводит к образованию усадочной пористости в утолщенных местах отливки.

Перечисленные свойства сплавов определяют конструктивные особенности деталей, полученных литьем: равностенность, радиусы закруглений, плавные переходы, уклоны, отверстия и армирование.

Равностенность. Для обеспечения равномерности усадки и отсутствия усадочных раковин толщина стенок отливки на всем протяжении должна быть одинаковой. Для сохранения необходимой прочности детали отливка усиливается ребрами жесткости (рис.5.1). Толщина ребер жесткости tp составляет: для внешних ребер tp = (0,8 - 0,9) t, для внутренних tp = (0,6 - 0,7)t , где t - средняя толщина стенки отливки. Толщина стенок отливок зависит от методов литья и литьевых сплавов.

Радиусы закруглений. Радиусы закруглений предотвращают появление трещин в местах сопряжения стенок вследствие неравномерности кристаллизации. Острые кромки допускаются только на плоскости разъема литейных форм. Радиусы закруглений определяются выражением

, (5.2)

где t1, t2 - толщины стенок; k - коэффициент, зависящий от метода литья.

При литье по выплавляемым моделям и при литье под давлением рекомендуется величина R = 0,8 - 1,0 мм. Радиусы закруглений R на внешних кромках обычно уменьшаются в два раза по сравнению c R внутренних кромок.

Переходы от толстых сечений к тонким должны быть плавными. Рекомендуемый размер перехода определяется из соотношения (где t1 и t2 - размер толстого и тонкого сечения).

Уклоны и конусность. На необрабатываемых поверхностях, расположенных перпендикулярно плоскости разъема, необходимо предусмотреть уклоны и конусность. В случае недопустимости по конструктивным соображениям конусность должна входить в припуск и удаляться при механической обработке. Конусность на внешних и внутренних поверхностях при литье по выплавляемым моделям и под давлением 1,5 - 3о.

Отверстия. Рекомендуется изготовлять отверстия сразу при литье, так как при последующем сверлении в утолщениях отливок вскрываются усадочные или газовые раковины. При необходимости получения отверстий с чистой поверхностью и точными размерами оставляют припуск на механическую обработку. Не рекомендуется делать очень глубокие отверстия, для которых l > 3d (l, d - глубина и диаметр отверстия). Минимальные значения отверстий, получаемых литьем под давлением из алюминиевых и магниевых сплавов - 1,5 мм, из латуни - 3 мм.

Армирование используют в том случае, когда металл детали не полностью отвечает требованиям, например по прочности или антифрикционным свойствам, оно значительно расширяет область применения литых деталей в устройствах РЭС. Метод армирования отливок широко применяется при литье под давлением. В зависимости от назначения можно рассматривать три направления армирования: армирование для создания равностенности; армирование, заменяющее сборку; армирование для создания качественно новых изделий. На рис. 5.2 приведены примеры армирования отливок.

1.3. Литье под давлением

Литьем под давлением называется такой метод литья, когда жидкий металл заполняет полость металлической формы (пресс-формы) под принудительно большим давлением (40 - 100 МПа). Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конструкции и применяется в РЭС для изготовления корпусов приемников, передатчиков и других деталей. При выборе сплава необходимо учитывать следующие требования: сплав должен обладать достаточной прочностью при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась при выталкивании; иметь минимальную усадку; обладать высокой жидкотекучестъю при небольшом перегреве и иметь небольшой интервал кристаллизации. Из сплавов наибольшее применение получили: алюминиевые (AЛ2, AЛ4, AЛ9), магниевые (МЛ5, МЛ6), медные (латуни ЛС59-1Л, ЛК80-ЗЛ). В последнее время этот метод стал применяться и для изготовления стальных и титановых отливок.

Точность размеров отливок зависит от точности изготовления форм. При изготовлении литейных форм по 9-му квалитету точности отливки могут иметь 10 - 11-й квалитет точности. Отливки, оформляемые в разъемных пресс-формах, получаются по 11 - 13-му квалитету. Шероховатость поверхности отливок зависят от шероховатости формообразующей полости формы и продолжительности ее эксплуатации. Внутренняя полость формы, обработанная полировкой или шлифованием, обеспечивает Ra 1,25 - 2,5 мкм.

Механические свойства материала деталей значительно отличаются от механических свойств исходных сплавов. При быстром охлаждении в отливках образуется литейная корочка с очень мелкозернистой структурой, толщина которой составляет около 0,5 - 1,0 мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность и твердость на 20 - 30 % при одновременном снижении пластичности примерно на 30 % по сравнению другими методами литья.

Детали, отливаемые литьем под давлением, должны быть по возможности тонкостенными. Наилучшее качество получается при толщине стенок 1,5 - 3 мм. Минимальная толщина стенок зависит от размера детали. Так, если площадь внешней поверхности не превышает 250 мм2, то можно получить отливки из алюминиевых сплавов толщиной 1 мм.

При литье под давлением рекомендуется получать отливки как с наружной резьбой (диаметр не менее 6 мм), так и с внутренней (диаметр не менее 4 мм).

Пористость является основной причиной брака и вскрывается при механической обработке. Источниками пористости являются усадка сплава, газы, выделяемые из жидкого металла, и воздух, который захватывается потоком в полость формы. Для повышения качества отливок необходимо предусматривать изготовление литьевых отверстий. Величина припусков на механическую обработку не должна превышать 0,5 мм.

Технологическим оборудованием явля-ются литейная машина, плавильная печь; специальной оснасткой - металлическая пресс-форма. В настоящее время применяются три типа машин для литья под давлением: с холодной вертикальной камерой прессования, с холодной горизонтальной камерой прессования и с вертикальной горячей камерой прессования. Литейные машины с горячей камерой прессования применяют в основном для изготовления отливок из цинковых сплавов. Литейные машины с горизонтальной камерой прессования имеют более короткую литниковую систему, чем машины с вертикальной камерой прессования и, соответственно, меньшие потери тепла и давления при подаче расплава из камеры прессования в полость формы. Производительность их на 10 - 20 % выше, они проще в обслуживании и поэтому получают все большее распространение. Эти машины применяются для изготовления отливок из алюминиевых, магниевых и медных сплавов.

На рис. 5.3 представлена схема изготовления деталей на литейных машинах с горизонтальной холодной камерой прессования. Процесс литья заключается в следующем. Расплавленный металл заливается в камеру прессования 4 (рис. 5.3 а), а затем плунжером 5 он под давлением подается в полость разъемной пресс-формы (рис. 5.3 б), состоящей из неподвижной 3 и подвижной 1 частей. Внутренняя полость в отливке оформляется стержнем 2. После выдержки под давлением, необходимой для затвердевания отливки, пресс-форма раскрывается (рис. 5.3 в), извлекается стержень 2 и отливка 7 выталкивателем 6 удаляется из рабочей полости пресс-формы. Время выдержки под давлением зависит от максимальной толщины стенки отливки и составляет примерно 1 - 15 с. Перед заливкой пресс-форму нагревают до 120 - 320 оС. После удаления отливки рабочую поверхность пресс-формы обдувают воздухом и смазывают специальными материалами для предупреждения приварки отливки к пресс-форме. Воздух и газы удаляют через каналы глубиной 0,05 - 0,15 мм и шириной 15 мм, расположенные в плоскости разъема пресс-формы, или вакуумированием рабочей полости перед заливкой расплавленного металла.

Пресс-форма для литья под давлением в процессе работы находит-ся под действием больших внешних сил и высоких температур. Эти воздействия учитываются при конструировании пресс-форм. Детали, оформляющие поверхности отливок (матрицы, пуансоны, стержни, вкладыши), выполняют из термостойких легированных сталей ЗХ2В8 (для алюминиевого, магниевого и медного литья) и меднокобальтобериллиевого сплава для получения стальных отливок. Корпусные детали - плиты пуансонов и матриц - делают из сталей 40 и 50; направляющие втулки, рейки из сталей У7А, У8А. При конструировании пресс-форм размеры полости должны быть увеличены по сравне-нию с размером отливки на величину усадки сплава. Размеры оформляющих частей формы выполняют по 9-му квалитету, а размеры сопрягаемых частей формы по 10 - 11 квалитету точности. При расчете исполни-тельных размеров, кроме усадки, учитывают величину и направление допускаемых отклонений размеров отливки и формы. При выборе коэффициента усадки необходимо учитывать затруднительность усадки на металлических стержнях. Коэффициент усадки внутренних размеров меньше, чем внешних вследствие затруднения усадки.

Пресс-формы являются сложной дорогостоящей оснасткой, стоимость которой окупается только при крупносерийном и массовом производстве.

Основные преимущества процесса литья под давлением: высокая производительность (до сотни отливок в час), высокая точность размеров отливок, возможность изготовления тонкостенных отливок сложной формы, рациональное использование металла, высокая чистота поверхности (Rа 1,25 - 5 мкм), возможность получения нескольких деталей за один цикл. К наиболее существенным недостаткам литья под давлением относятся: пористость заготовки, вызываемая высокими скоростями движения жидкого металла при заполнении пресс-формы и быстрым остыванием металла в форме, высокая стоимость пресс-формы.

В настоящее время создаются автоматизированные комплексы для литья под давлением. В этих комплексах автоматизируется весь цикл выполнения операций: обдув пресс-формы; смазывание пресс-формы и пресс-поршня; поддержание заданного температурного режима пресс-формы; дозировка и заливка сплава из раздаточной печи в камеру прессования; извлечение отливки и транспортирование ее к общему прессу для удаления литников и облоя; контроль и подрегулирование основных технологических режимов; управление всеми механизмами, обеспечивающими выполнение всех операций.

1.4. Формообразование деталей методом литья по выплавляемым моделям

Литьем по выплавляемым моделям называется такой метод литья, при котором полость в огнеупорной оболочковой форме, необходимая для получения отливок, образуется за счет выплавления легкоплавких моделей. Основными операциями технологического процесса литья по выплавляемым моделям являются: изготовление выплавляемых моделей; изготовление блоков моделей; покрытие блоков керамической оболочкой и их формовка; термообработка блоков; заливка форм металлом; удаление блоков из опок и очистка их; отрезка литников; термическая обработка отливок. Схема получения отливок методом литья по выплавляемым моделям изображена на рис. 5.4.

Из легкоплавкого модельного состава (50 % парафин 50 % стеарина) в металлической пресс-форме, состоящей из двух частей, изготавливают модели отливок и литниковую систему. Для этого предварительно расплавленный модельный состав заливают или запрессовывают под давлением 20 - 30 МПа в собранную пресс-форму. После затвердения модели пресс-форму раскрывают и извлекают из нее модель. Размеры пресс-формы делаются с учетом соответствующих размеров отливки, с учетом двойной усадки материала модели и металла отливки. Затем модели собираются в блоки (елки), для чего их присоединяют к литниковой системе с помощью нагревателя. По расположению на модельном блоке модели делят на два типа (рис. 5.4 а).

I. Модели присоединяются непосредственно к центральному литнику-стояку. Такой способ применяется для получения мелких отливок несложной формы.

II. Модели присоединяются к питающему кольцевому коллектору. В этом случае питание формы металлом происходит из коллектора. Такой способ присоединения применяют для отливок большой массы и сложной формы, требующих существенной подпитки жидким сплавом в процессе литья.

I II

а	б

Рис. 5.4. Схема процесса получения отливок методом литья по выплавляемым моделям: а - типы литниково-питающих систем; б - литниковая форма: 1 - опока; 2 - блоки с литейной оболочкой; 3 - формовочный наполнитель

На полученный блок наносят путем окунания суспензию - жидкое облицовочное покрытие, состоящее из 30 - 40 % гидролизированного этилсиликата (С2Н5О)4Si и 60 - 70 % пылевидного кварца. После этого блок обсыпают мелким сухим кварцевым песком и просушивают при комнатной температуре в тече-ние 5 - 6 часов. Эти операции повторяют до получения огнеупорной корочки толщиной 2,5 - 3 мм. Затем производят выплавление моделей из оболочки, для чего блоки помещают в термошкафы (Т = 110 - 120 °С) или погружают в горячую воду (Т = 90 - 95 °С).

Пустотелую огнеупорную форму 2 помещают в металлический кожух, который заполняют формовочным материалом 3 (сухой или влажный кварцевый песок) (рис. 5.4 б). Подготовленную таким образом форму нагревают до Т = 850 - 900 °С в течение 3 - 4 часов. В процессе прокаливания происходят выго-рание остатков парафина и стеарина и спекание огнеупорной оболочки. После прокаливания форма заливается расплавленным металлом и затем после остывания металла керамическая оболочка разрушается или механическим путем, или растворением в щелочном растворе при 120 °С с последующей промывкой горячей водой (для деталей сложных конфигураций). Последней операцией является контроль отливки и удаление литниковой системы.

Точность размеров соответствует 12 - 13 квалитету, а шероховатость Ra 2,5 - 5 мкм. К числу наиболее существенных преимуществ этого способа отно-сятся: возможность изготовления отливок самой сложной формы, с ла-биринтами и полостями, получить которые другими методами невозмож-но; получение отливок из любых сплавов с минимальными припусками на обработку (0,2 - 0,7 мм); сокращение расхода металла; снижение трудоемкости последующей механической обработки.

К недостаткам метода относятся высокая стоимость одноразовых литейных форм и весьма длительный производственный цикл получения отливок.

Изготовление отливок по выплавляемым моделям механизировано и автоматизировано, что позволяет применять этот метод при любом типе производства. В крупносерийном и массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензий и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их песком, для прокаливания и заливки форм. Эти установки объединяют транспортные устройства в единую систему.

2.Изготовление деталей из пластмасс

2.1. Технологические особенности конструирования пластмассовых деталей

Равностенность. Одним из основных принципов конструирования пластмассовых деталей является равностенность, устраняющая образование трещин в сочленениях стенок, коробление и усадочную пористость. На рис. 6.1 приведены примеры нетехнологичных (а) и технологичных деталей (б). Для различных пластмасс в зависимости от габаритных размеров существуют оптимальные толщины стенок. Для термопластичных материалов, отливаемых под давлением, при размерах детали до 150 мм, рекомендуемая толщина стенок 1 - 2 мм; для более крупных 2 - 3 мм. Для деталей, изготавливаемых прессованием из термореактивных порошков, толщина стенок 2 - 5 мм, а для волокнистых - 2,5 - 6 мм.

а)	б)

Рис. 6.1. Примеры создания равностенных деталей из пластмасс: а - нетехнологичные; б - технологичные

Ребра жесткости. Отклонения от геометрической формы плоских поверхностей деталей находятся в прямой зависимости от величины прогиба (рис. 6.2 а), возникающего вследствие возникновения внутренних напряжений при охлаждении. Максимальную величину прогиба определяют по эмпирической формуле

, (6.1)

где k - коэффициент, равный 0,01 для термореактивных пластмасс и 0,016 для термопластичных; Lmax - максимальный габаритный размер.

Страницы: 1, 2