Презентация по материаловедению по теме "Основы литейного производства" для СПО

ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Первые свидетельства возникновения металлургии датируются V-VI-м тысячелетием до нашей эры.

• В то время человеку, ещё использующему

камень для создания орудий, попадаются медные

самородки. Принимая их за камни и обрабатывая

привычным способом, ударяя друг об друга,

становится ясно, что самородок не откалывается,

а деформируется и ему можно придать необходимую

форму. Историки называют этот метод холодной ковкой.

• Медь активно заместила собой камень. Иглы, рыболовные крючки, кинжалы, наконечники копий и стрел делать стало гораздо проще, а их качество значительно превышало каменные и костяные аналоги.
• Со временем люди научились придавать прочности металлу за счёт его проковки, что позволило создавать более сложные и долговечные топоры и мотыги.

Научившись создавать бронзу – сплав из олова и меди, человечество вступило в Бронзовый век.

Как человек изобрёл этот сплав точно не известно. Большинство историков считают, что это произошло по чистой случайности, когда в расплавленную медь попало олово. Результат поразил невольных изобретателей, металл был значительно крепче и более приспособлен к заточке. Благодаря свойствам бронзы человечество начало активно использовать её в быту и на войне.

На протяжении целого тысячелетия люди готовили еду в бронзовых котелках, воевали бронзовыми мечами. Но, как скоротечно время, меняются тысячелетия, одни устои и технологии заменяются другими.  

Железный век

Историки считают, что железо добыть было

гораздо проще, нежели медь или олово, ведь оно

встречается в виде окиси и закиси повсеместно, чего не скажешь о иных металлах.

Страной, в которой впервые стали выплавлять чугун, считается Китай, исторический факт датируется V-VI-м веком до н.э.

Европейские же страны узнали о чугуне только в XIV-XVI веке нашей эры, во многом благодаря России, занимавшейся экспортом чугунных пушек и ядер.

Почему же люди раньше не начали использовать железо? Ответ очень прост, его производство – это трудоёмкий и сложный процесс, проходящий в несколько этапов. Процесс, чтобы изучить и понять который нужно было не одно столетие развития человечества. Неспроста металлурги тех времён считались колдунами, творящими неведомые, магические вещи.

• История литейного производства насчитывает несколько тысячелетий. В древние времена для изготовления сложных отливок использовали глиняные формы: Моделью служила восковая фигура, которую лепил из этого материала художник. Модель обмазывали глиной, оставляя отверстие для заливки жидкого металла и вывода газов. Глиняную форму прокаливали, при этом воск из нее выплавлялся и форма приобретала прочность, затем в нее заливали расплавленный металл.
• Литейное производство в Древней Руси достигло расцвета в конце XII и начале XIII в. Появились двусторонние формы из твердого камня с разветвленными литниковыми системами, позже стали применять формовку в глине. Металл плавили в тиглях. Производили медные и бронзовые изделия — предметы домашнего обихода, украшения, оружие (стрелы, наконечники копий). В XIV в. было освоено производство литых бронзовых пушек, что имело большое значение для защиты государства.
• В XV в. появляется новый материал — чугун, из которого в 1445 г. начали изготовлять трубы, в 1469 г. — гири для весов. В технологии формовки XVI в. применяли в основном сырой кварцевый песок и смешанную с шерстью глину.

Литейное производство как технологический процесс

Литейным производством называется технологический процесс получения фасонных деталей из заготовок заливкой расплавленного металла в литейную форму.

Технологический процесс:

• Изготовление модели.

2. Приготовление формовочной и стержневой смеси.

3. Изготовление литейных стержней и литейных форм.

• Сборка литейных форм.
• Плавка металла.
• Заливка металла в форму.
• Освобождение металла из формы.
• Обработка и чистка отливки.
• Контроль качества отливки.

Требования к литейному сплаву

1. Состав сплава должен обеспечивать получение заданных свойств отливки (физических, химических, физико-химических, механических и др.);

2. Сплав должен обладать хорошими литейными свойствами – высокой жидкотекучестью, несклонностью к насыщению газами и к образованию неметаллических включений, малой и стабильной усадкой при затвердевании и охлаждении, несклонностью к ликвации и образованию внутренних напряжений и трещин в отливках;

3. Сплав должен быть по возможности простым по составу, легко приготовляться, не содержать токсичных компонентов, не выделять при плавке и заливке сильно загрязняющих окружающую среду продуктов;

4. Сплав должен быть технологичным не только в изготовлении отливок, но и на всех последующих операциях получения готовых деталей (например, при обработке резанием, термообработке и т.д.);

5. Сплав должен быть экономичным: содержать по возможности меньшее количество дорогостоящих компонентов, иметь минимальные потери при переработке его отходов (литников, брака).

Этапы технологического процесса литья

Подготовка литейного производства

Плавка

ПЛАВКА - это тепловая обработка

ШИХТЫ в ПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ для

выделения из нее МЕТАЛЛОВ.

ШИХТА – это материал, поступающий в плавку. Им может быть руда, слитки, бракованные изделия и остатки от производства.

Руда, часто с другими ингредиентами, нагревается в плавильной печи и плавится, в результате чего из нее удаляются неметаллические компоненты. После полученный металл очищается.

Поступающие для плавки частицы одного или нескольких металлов загружаются в специальные плавильные печи, под влиянием высокой температуры доводятся до жидкой однородной массы, которая отливается в формы для получения слитков.

Изготовление отливок

Подготовка формы

Подготовка расплава

Подготовка формовочных материалов

Подготовка шихтовых материалов

Приготовление формовочных и стержневых смесей

Шихтовка

Приготовление литейного расплава

Изготовление стержней

Изготовление форм

Разливка литейного расплава в ковши

Заливка форм

Подготовка форм

к заливке

Формирование отливок

в форме

Выбивка отливок

из формы

ЛИТЬЕ В ПОСТОЯННЫЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ КОКИЛИ

Кокиль – это металлическая форма, которая заполняется металлом без приложения давления. Кокили могут состоять из одной, двух или нескольких полуформ; кокили с несколькими плоскостями разъема применяются для изготовления сложных по конфигурации отливок (блок-картеров, головка блока и др.).

К основным преимуществам литья в кокиль относятся:

-повышение производительности труда;

-улучшение условий труда рабочих;

-повышение качества отливок (повышается

твёрдость и прочность).

К недостатком литья в кокиль можно отнести:

-ограничения в получении чугунных и стальных

отливок по массе и конструкции;

-высокую стоимость металлической формы.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

1.Рабочую полость кокиля предварительно нагревают до 150°-180°С.

2.Кокиль покрываю слоем защитного покрытия (предохраняет от резкого нагрева и схватывания с отливкой).

3. Заливают расплавленный металл.

4.Охлаждают кокиль.

5. Раскрывают кокиль и освобождают отливку.

ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Основной принцип литья под давлением заключается в том, что жидкий или кашеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется принудительно под поршневым или газовым давлением.

К основным преимуществам литья под давлением относятся:

-высокая производительность;

-высокая точность отливок и очень хорошее качество их поверхности.

К недостаткам литья под давлением относятся:

-ЛПД не используется для получения крупных отливок (до 100 кг);

-не всякая конструкция отливки пригодна для ЛПД.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

1. Заливка расплавленного металла (под давлением) в камеру сжатия машины.

2. Перегонка металла через литниковую систему в рабочую полость литейной формы, где отливка формируется под давлением.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

Центробежное литье основано на использовании центробежной силы, которая создается при вращении литейной формы вокруг своей оси.

Существует две разновидности – с горизонтальными или вертикальными осями вращения формы.

Формы с горизонтальной осью вращения обеспечивают получение отливок с толщиной стенок, одинаковой по всей длине; они применяются для получения протяжных деталей: водопроводные трубы, гильзы двигателей и др.

Формы с вертикальной осью вращения используются для изготовления отливок типа колец, дисков и втулок подшипников трения.

К основным преимуществам ЦЛ относятся:

-повышение производительности труда в 1,5…5 раз;

-отпадает необходимость использовать стержень;

-повышение качества металла;

-улучшение условий труда.

Ограничение области использования ЦЛ:

метод применяется в основном для получения отливок тел вращения.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ СПОСОБ ЛИТЬЯ

Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЁ

Установка центробежного литья, заливка металла в изложницу

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЁ

Извлечение отливки

ЦЕНТРОБЕЖНОЕ ЛИТЬЕ

Применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов.

ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

Этот способ основан на применении металлической модели (пресс-формы) из лёгкого выплавляемого материала (50% парафина, 50% стиарина) с температурой плавления 42…45  C изготовленной с большой точностью, и специальных облицовочных материалов, которые в жидком состоянии наносят на модель. Облицовочный слой при высыхании и нагревании формы при высоких температурах образует прочную корку, сохраняя весьма точным отпечаток модели. При нагревании формы модель выплавляется, а при обжиге остатки невыплавленной модели выгорают. При этом способе отливка не имеет швов, так как форма не имеет разъёмов. Точность отливок, изготовленных по выплавляемым моделям, достигает  0,05 мм на 25 мм длины отливки.

К основным преимуществам относятся:

- высокая точность;

- малая шероховатость поверхности;

- низкие припуски на механическую обработку.

К недостаткам относятся:

- сложность процесса;

- продолжительность процесса до 4 суток;

- применение только для отливок массой до 50 кг;

- высокая себестоимость отливок.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

1.Изготовление разовой модели из легкоплавкого материала (парафин, стеарин).

2. Покрывается керамической оболочкой.

3. Модель удаляют (выжигают, испаряют, выплавляют)

4.Полость оболочки заливают расплавленным металлом.

5. Оболочку охлаждают.

6. Керамическую оболочку

разрушают.

ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

ЛИТЬЁ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Преимущества литья в оболочковые формы:

- повышенная точность отливок и хорошее качество ее поверхности; это позволяет на 20…50% сократить объем механической обработки как за счет уменьшения величины припуска, так и за счет устранения механической обработки отдельных мест отливки;

- процесс хорошо автоматизируется;

-производительность труда повышается 1,5…2 раза (по сравнению с песчано-глинистыми формами); облегчаются условия труда рабочих;

- сокращаются в 3…4 раза дефекты отливок по пригару, трещинам, газовым раковинам;

- отпадает трудоемкая операция выбивки отливок из формы и стержней из отливки: тонкостенные формы полностью разрушаются ("сгорают"), а оставшийся песок используется повторно;

- уменьшается в 10…20 раз расход смесей.

Недостатки процесса литья в оболочковые формы :

- ограниченность применения - массой отливок до 50…60 кг;

- дороговизна используемых смесей из-за высокой стоимости смолы (применение процесса оправдывается только в случае, когда повышенная стоимость смеси компенсируется снижением веса отливок или объема их механической обработки).

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Оболочковые формы изготовляются из смеси:

кварцевый песок до 95%;

термореативная смола – 4…6%;

пластификаторы до 1% без применения опок

и имеют небольшую толщину 5…25 мм.

Смесь обладает следующими свойствами:

в исходном состоянии она сухая и сыпучая;

при нагреве до температуры 160…220°С становится пластично-вязкая из-за расплавления связующего материала; при дальнейшем нагреве (свыше 250°С) необратимо затвердевает и получает высокую прочность (до 4МПа на разрыв);

после заливки металла смола выгорает, форма легко разрушается, а кварцевый песок используется повторно.

.

ЛИТЬЕ В ОБОЛОЧКОВОЙ ФОРМЕ

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20...40 % снизить массу отливок и на 40...60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз.

Этим способом получают ответственные детали машин— коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т. п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

ЛИТЬЕ В ПЕСЧАННОЙ ФОРМЕ

Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый (в плане размерной точности и шероховатости поверхности отливок), но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

1. Изготовление деревянной модели.

2. Изготовление формовочной смеси (песок, глина, жидкое стекло).

3. Модель монтируется в формовочную смесь.

4. Корпус формы раскрывают и убирают деревянную модель.

5. Стержень помещают в корпус формы, и форму опять собирают .

6. Расплавленный металл вливается в высушенную форму через конусообразный литник.

7. После охлаждения корпус формы раскрывается и достается отливка.

3мм. Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья. " width="640"

ЛИТЬЕ В ПЕСЧАННОЙ ФОРМЕ

ПРЕИМУЩЕСТВА ЛИТЬЯ:

- Конфигурация 1…6 групп сложности.

- Возможность механизировать производство.

- Дешевизна изготовления отливок.

• Возможность изготовления отливок

большой массы.

• Отливки изготовляют из всех литейных

сплавов, кроме тугоплавких.

НЕДОСТАТКИ ЛИТЬЯ:

• Плохие санитарные условия.
• Большая шероховатость поверхности.
• Толщина стенок 3мм.
• Вероятность дефектов больше, чем при др. способах литья.

60% отливок получают литьем в кокили, под давлением, центробежным литьем; Cu , Ni — 80% – литье в землю. Zn , Pb , Sn – 100 % литье в многократные формы. " width="640"

Фасонное литье

Чугун, сталь – 85-90% фасонных отливок получают литьем в песчаные формы.

Al , Mg — 60% отливок получают литьем в кокили, под давлением, центробежным литьем;

Cu , Ni — 80% – литье в землю.

Zn , Pb , Sn – 100 % литье в многократные формы.