Исследование влияния литья под давлением на качество отливок
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Российский государственный профессионально-педагогический
университет»
Машиностроительный институт
Кафедра автоматизации и технологии литейных процессов
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам по дисциплине
«Производство цветного литья»
для студентов всех форм обучения специальности
050501.65 Профессиональное обучение (металлургические производства) (030500.09)
специализации «Технологии и менеджмент в металлургических производствах» (030503.09)
Екатеринбург
2012
Методические указания к лабораторным работам по дисциплинам «Производство цветного литья» (ГОС-2000). Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. университет»,2012. 12 с.
Составители: канд. техн. наук, доц. Ю.И. Категоренко
При выполнении лабораторных работ студенты приобретают и закрепляют навыки в выполнении анализа процессов происходящих при формировании отливки. В методических указаниях приведено описание лабораторных работ и последовательность их выполнения.
Одобрена на заседании кафедры АТЛП Машиностроительного института. Протокол от «19» января 2012 г. №7.
Зав. кафедрой АТЛП Ю.И.Категоренко
Рекомендована к печати методической комиссией Машиностроительного института РГППУ. Протокол от «15» февраля 2012 г. № 6.
|
|
|
Председатель
методической комиссии МаИ А. В. Песков
© ГОУ ВПО Российский
государственный
профессионально-педагогический
университет, 2012
© Категоренко Ю.И., 2012
ВВЕДЕНИЕ
Лекционный курс «Производство цветного литья» и «Производство отливок из сплавов цветных металлов» включает в себя, требования по проведению лабораторных работ для более глубокого понимания и закрепления материала, излагаемого в лекциях. Это относится, прежде всего, к таким темам, как получение отливок в металлических формах, по выплавляемым моделям, центробежное литье, литье под давлением, литье под регулируемым давлением.
Основными целями всех работ являются закрепление теоретического материала, изложенного в лекциях, расширение знаний по изучаемым вопросам, получение знаний по методике проведения лабораторных работ.
Задачами выполнения работ являются изучение оборудования, практическое выполнение работы по изучаемой тематике, получение практических навыков в проведении опытов, ознакомление с мероприятиями по охране труда и технике безопасности при проведении работ.
|
|
|
Требования к отчетам изложены в каждой лабораторной работе.
Лабораторная работа № 1
Изготовление отливок в металлических формах (кокилях)
Цель работы: ознакомить студентов с технологическим процессом получения отливок в металлических формах (кокилях); изучить влияние технологических параметров на качество отливок, прежде всего влияние макроструктуры на механические свойства, для чего изменяют но заданию преподавателя температуру заливаемого сплава, температуру нагрева кокиля перед заливкой, толщину краски путем наложения ее в один или несколько слоев на внутреннюю поверхность нагретого кокиля; по результатам экспериментов установить оптимальный режим получения отливки в кокиль для заданных конкретных условий.
Оборудование, инструменты и материалы: кокили различной конструкции, жидкий сплав, хромель-алюмелевая термопара, набор плавильно-разливочного инструмента, краска для кокиля (25г мела, 25г окиси цинка, 6г жидкого стекла, 100г воды), набор напильников и шлифовальной бумаги для изготовления макрошлифов, реагенты для травления.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Металлические формы (кокили) изготавливают из чугуна и стали, в некоторых случаях для этой цели используют цветные металлы. Чугунные формы получают литьем с последующей механической обработкой рабочей поверхности, стальные формы литьем с последующей механической обработкой кованых заготовок.
|
|
|
Вследствие большой теплоаккумулирующей способности металлическая форма обеспечивает большую скорость охлаждения, чем песчаная. Поэтому кокильные отливки имеют большую плотность, более мелкозернистое строение и более высокие механические свойства (на 10-30 %).
3
Металлические формы способствуют получению отливок с лучшей размерной точностью и чистотой поверхности, что на 40-50 % снижает припуск на обработку по сравнению с литьем в песчаные формы. Возможность многократного (до 20000 раз) использования кокилей позволяет уменьшить грузопотоки, сократить площади производственных и складских помещений, увеличить производительность труда рабочих (в 2-4 раза), снизить трудоемкость (на 30-50 %) и себестоимость изготовления отливок. Операции процесса литья в кокиль легко поддаются механизации и автоматизации.
Для быстрого и беспрепятственного извлечения отливок из полости формы кокили имеют необходимое число разъемов. Чаще разъемы располагают в вертикальных плоскостях. В зависимости от размеров и сложности раскрытие и закрытие кокилей производится с помощью механизмов типа зубчатой рейки с валиком или пневмо- и гидроприводов. Общий вид кокильной машины приведен на рис. 1.
|
|
|
В конструкциях отливок должны отсутствовать резкие переходы от тонкостенных сечений к толстостенным, вызывающие возникновение напряжений и трещин. Внутренние полости в отливках выполняются металлическими или песчаными стержнями. Металлические стержни неподатливы, что увеличивает вероятность возникновения в отливке усадочных напряжений. Этому будет способствовать и расширение самого стержня при нагреве его в процессе заливки. Поэтому металлические стержни извлекают сразу после заливки, едва лишь отливка приобретает некоторую прочность.
Для увеличения срока службы кокилей и снижения величины усадочных напряжений в отливках кокили перед заливкой нагревают до 250-400°С и красят. Слой краски резко изменяет условия теплоотвода и облегчает удаление отливки из формы. Этим широко пользуются для замедления кристаллизации металла в прибылях и частях, оформляющих тонкие ребра. При литье легких сплавов в состав красок входят мел, окись цинка, графит, тальк, для медных сплавов используют жирные смазки на основе мазута и керосина с сажей.
Изготовление сложных тонкостенных отливок в кокилях встречает ряд затруднений, связанных с их неподатливостью и возможностью образования напряжений и трещин, отсутствием газопроницаемости, необходимостью устройства специальных вентиляционных каналов и высокой стоимостью изготовления кокилей.
4
Рисунок 1 - Общий вид кокильной машины:
1 - станина; 2 - неподвижная плита; 3 - подвижная плита; 4 - направляющие колонки; 5 - панель управления; 6 - пульт управления
Литье в кокиль экономически выгодно в условиях массового или крупносерийного производства. Минимальный размер серии мелких чугунных отливок должен быть не менее 400 шт. в год, алюминиевых 400-7000 шт. в год.
2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
Ознакомиться с устройством кокиля. Особое внимание обратить на механизм разъема форм, принцип действия выталкивателей, устройства вентиляционных каналов. Произвести контрольную сборку и разборку кокиля с целью установления правильности и надежности взаимодействия всех его частей.
Подогреть кокиль газовой горелкой или пробными заливками до температуры 100-120°С, окрасить внутреннюю поверхность кокиля и собрать его. Нагреть кокиль до заданной температуры.
Расплавить 25-30 кг сплава АК12 ГОСТ 1583-89, довести температуру до 720-750°С, разлить в приготовленные фермы при заданной температуре.
После охлаждения извлечь отливку из формы, соблюдая необходимую последовательность. Оценить визуально качество отливки. Установить влияние температуры металла и формы на качество отливок. Для этого залить кокиль, нагретый до температуры 200, 250, 300°С, при температуре сплава 650, 700 и 750°С,количество слоев наносимого покрытия - 1, 3, 5. По каждому режиму изготовить две отливки.
Изготовить макрошлифы и определить влияние температуры металла
и формы на структуру отливок. Травление макрошлифов сплава АК12 рекомендуется осуществлять в смеси азотной и соляной кислот (3:1) с добавкой 10 %-го раствора хлорной меди. По размерам зерен макроструктуры определить оптимальные значения температуры заливки сплава, температуру кокиля и толщину слоя технологического покрытия.
5
З.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен включать:
• эскиз и описание конструкции кокиля;
• описание подготовки кокиля к заливке;
• характеристику выбранных условий труда;
• описание макроструктуры в зависимости от условий литья;
• характеристику наружных дефектов отливок и рекомендуемые меры устранения их;
• рисунки макроструктуры образцов;
• заключение о влиянии технологических параметров на качество отливок;
• оптимальный режим литья.
Контрольные вопросы
1. Каковы принципиальные основные особенности литья в металлические формы?
2. Существуют ли способы изготовления сложных и очень сложных деталей методом литья в металлические формы.
3. Какие материалы используются для изготовления металлических форм?
4. С помощью, каких средств можно регулировать процесс кристаллизации отливки в металлические формы?
5. Какие основные виды брака обнаруживаются при литье в металлические формы?
6. Какие меры предупреждения брака существуют?
Лабораторная работа № 2
Исследование влияния литья под давлением на качество отливок
Цель работы: ознакомиться с технологией получения отливок способом литья под давлением и провести эксперименты по определению влияния скорости прессования на качество отливок путем анализа макрошлифов литых образцов.
Оборудование: машина литья под давлением модели 71108, плавильная печь марки СНОЛ или ИСТ, станок для полировки шлифов.
Оснастка: пресс-форма для изготовления отливок (образцов), ковш.
Инструмент: ручная ножовка, тиски слесарные, набор напильников.
Материалы: силумин АК12, хлористые соли (КаС1, КС1, КОРМИСЬ, МпСЬ) смазка для пресс-форм, набор наждачной бумаги, паста для полирования шлифов.
Приборы: прибор для регистрации термоЭДС, термопара ХА, металлографический микроскоп (бинокуляр).
6
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Литье под давлением один из эффективных и наиболее высокопроизводительных способов литья. Для его осуществления используется достаточно сложный производственный агрегат - машина литья под давлением с электрогидравлическим приводом. В зависимости от конструкции машин работа на них может производиться в нескольких режимах: ручном, полуавтоматическом и автоматическом. В настоящее время используются машины с вертикальной, горизонтальной, горячей и холодной камерами прессования.
Отливка изготавливается в точной, дорогостоящей, металлической, разъемной пресс-форме. При установке на машину неподвижная часть пресс-формы надевается на выступ литниковой втулки или камеры прессования и болтами крепится к неподвижной плите машины. Точное соединение половин пресс-формы осуществляется с помощью направляющих колонок и втулок, расположенных в плоскости разъема пресс-формы. Пресс-форма оснащена специальной системой толкателей для извлечения из нее готовых отливок. Формообразующие детали пресс-формы (матрицы, стержни, вставки, вкладыши), а также литниковые втулки, рассекатели, выталкиватели и т.д. изготавливают из специальных, жаростойких, легированных сталей типа ЗХ2В8, 4ХВ2С, 5ХНМ и др., подвергаемых сложной термообработке для повышения прочности, твердости и износостойкости.
Рабочие части пресс-форм подвергаются химико-термической обработке с целью уменьшения вероятности приваривания металла отливки к пресс-форме. Особенностью литья под давлением является образование в отливках газоусадочной пористости, преимущественно в их центральной части. Это происходит в результате образования по наружной поверхности отливок корочки затвердевшего металла, внутри которой находится жидкий сплав, питающий эту корочку и затвердевающий сам без подпитки.
Образование газовой пористости связано со струей воздуха и газов от смазки пресс-формы. На образование газоусадочной пористости влияет скорость металла в форме, которая зависит от давления и скорости прессования, с увеличением которой качество отливки ухудшается. Существенное
влияние оказывают также конструкция и расположение литников, промывников и вентиляционных каналов.
В данной работе для исследования влияния скорости прессования на качество отливок заливка сплава производится при различных скоростях прессующего поршня. Зная скорость прессования, легко подсчитать скорость струи металла в момент впуска его в форму, при помощи уравнения гидродинамики о неразрывности потока:
7
где Fi - площадь поперечного сечения канала;
ωi - скорость металла в данном сечении.
Тогда Fn∙ωn = fbn∙ωbn. Откуда
где ωbn - скорость впуск, т.е. скорость потока металла в форме, м/с;
ωn - скорость поршня в момент впуска металла в форму, м/с;
Fn - площадь поршня, м2;
fbn - площадь поперечного сечения впускного канала питателя, м.
где Dn - диаметр поршня, м.
Кроме скорости, большое значение для формирования качества отливок имеет не только величина давления, но и возможность передачи давления на затвердевающий металл отливки, т.е. подпрессовка. При проведении данной работы давление прессования остается постоянным.
Для изготовления отливок приняты следующие технологические параметры для машины модели 71108: Fn=3850 мм, fbn=75 мм2; 1-я скорость 0,5 - 25,6 м/с; 2-я скорость 1,5 - 77,0 м/с; 3-я скорость 3,0 - 154,0 м/с.
2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить руководство к работе.
2. Очистить и смазать пресс-форму и прессующий узел машины.
3. Произвести несколько пробных запивок для разогрева пресс-формы.
4. При постоянной температуре пресс-формы и сплава и различных скоростях прессования изготовить образцы (не менее 3 на каждую скорость прессования).
5. Произвести визуальный осмотр на предмет обнаружения недоливов, спаев, крупных газовых раковин.
6. Отрезать образцы от литниковой системы.
7. Изготовить макрошлифы и оценить пористость образцов.
8. Установить взаимосвязь режимов литья и качества отливок.
9. Составить отчет по работе.
3. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет включает в себя:
• краткое описание машины и пресс-формы;
8
• краткое описание технологии изготовления образцов;
• описание макрошлифов различных образцов;
• выводы о влиянии режимов литья на качество образцов.
Контрольные вопросы
1. В чем особенность и преимущества литья под давлением?
2. Какова последовательность работы на машине литья под давлением?
3. В чем основные отличия пресс-формы для литья под давлением от других форм, применяемых для изготовления отливок?
4. Как влияет скорость прессования на качество отливок?
5. Для чего применяются смазки при литье под давлением?
Лабораторная работа №3
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 653; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!