Непрерывно-циклическое литьё намораживанием

Этот вид литья представлен на рисунке

Непрерывное - циклическое литье намораживанием.

1- заливочная чаша; 2- соединительный элемент; 3- неподвижный кристаллизатор; 4 – подвижный кристаллизатор.

Данная технология предназначена для получения полых цилиндрических литых заготовок мерной длины из специальных износостойких чугунов (СЧ - серого с пластинчатым графитом; ВЧШГ - высокопрочного с шаровидным графитом; БВХЧ - белого высокохромистого с карбидами тригонального типа), а также бронз. Она позволяет в непрерывно-циклическом режиме получать отливки с заранее заданными структурой и физико-механическими свойствами за счет направленного затвердевания и термообработки, объединенных в единый технологический процесс. Процесс литья включает заполнение стального водоохлаждаемого кристаллизатора расплавленным металлом снизу, выдержку для формирования отливки и ее извлечение из кристаллизатора вверх с одновременным доливанием новой порции расплава. Подача металла в кристаллизатор производится с использованием разового металлопровода, футерованного огнеупорным материалом. Процесс выполняется в непрерывно-циклическом режиме, темп которого задается скоростью затвердевания в кристаллизаторе отливки требуемой толщины. Полуавтоматическая литейная установка позволяет в непрерывном режиме разливать без переналадки до 2500 кг металла.

Сведем в сравнительную таблицу основные методы литья:

Метод литья	Общая характеристика, область применения	Материалы отливок	Отличительные особенности	Точность отливки	Шероховатость поверхности, мкм	Тип производства
ПГФ	Получение средних и крупных отливок несложной конструкции. Простая технологическая оснастка, высокая трудоёмкость.	Чугун, сталь цветные металлы	Изготовление корпусных деталей. Минимальная толщина стенок:3-6 мм, минимальный диаметр отверстий: 6мм	14-16 квалитет	RZ=160 мкм и более	Единичное и серийное
Литьё по выплавляемым моделям	Применяется при механизированном производстве небольших и средних отливок любой сложности с минимальной последующей обработкой. Модель разовая, изготавливается в прессформах из легкоплавкого материала (воск или стеарин), модель попеременно погружается в клеевой состав.	Из труднообрабатываемых или дорогих материалов	Метод позволяет обеспечить точную координацию размеров по всем направлениям, так как литейная форма не имеет плоскости разъёма	8-11 квалитет	RZ=40-10, причём шероховатость определяется размерами частиц кварцевого песка	Во всех типах производства
Литьё в металлические формы (кокили)	Применяется при производстве набольших и средних отливок несложной формы, когда экономически целесообразно изготовление сложных дорогостоящих литейных форм, достаточно высокая производительность метода ввиду использования многоразовой металлической формы)	Цветные и чёрные металлы	Хорошая теплопроводность кокиля обеспечивает мелкозернистую структуру металлической отливки. Минимальная толщина стенок отливки: 1,5-2 мм; минимальный диаметр отверстия-5мм	11-13 квалитет	RZ=10-40	Серийное и массовое
Литьё под давлением	Метод используется для механизированного высокопроизводительного изготовления небольших отливок с минимальной трудоёмкостью и минимальной последующей обработкой, недостаток метода в усложнении и удорожании ввиду наличия системы подачи металла в форму (2 схемы – вертикальная система давления и горизонтальная)	Сплавы цветных металлов с хорошими литейными свойствами и чёрные металлы	Корпусные детали сложной формы с резьбами, толщина стенок выше 6ти мм, минимальный диаметр отверстия-2мм	8-11 квалитеты	RZ=10-20	Крупносерийное и массовое производство

════════════════════════════════

Точность обработки и параметры шероховатости поверхностей, соответствующие различным видам обработки резанием.

(?????????? в часть механообработки?)

Вид обработки	Квалитет	Параметр шероховатости	Класс шерохо-ватости
RZ	Ra
Обтачивание на токарном станке	Черновое	13-12	8-40	20-10
Черновое	8-7	20-10	2,5
Тонкое точение	7-6	6,3-3,2	1,25-0,63
Шлифование	Черновое	9-8	10-6,3	2,5-1,25
Чистовое	7-6	1,6	0,32
Тонкое шлифование	6-5	0,4	0,08
Притирка	6-5	0,1	0,04-0,02
Подрезка торцевым резцом	12-11	40-20	10-5
Сверление	12-11	40-20	10-5
Зенкерование	Черновое	12-11	40-20	10-5
Чистовое	10-9		2,5
Развёртывание	Черновое	9-8	10-6,3	2,5-1,25
Чистовое	7-6	3,2-1,6	0,63-0,32
Тонкое развёртывание		0,8	0,16
Фрезерование	Черновое	12-11
Чистовое	11-9	10-6,3	2,5

Обработка металлов давлением (ОМД)

ОМД – процесс получения заготовок или деталей силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из пластичного материала.

К таким процессам относят холодную и горячую штамповку, прессование, прокатку и пр.

Основным содержанием всех способов обработки давлением является процесс деформирования материала заготовки (в холодном или горячем состоянии) под действием давления, которое превышает силы сцепления молекул материала.

Различают 3 вида деформации:

1. Стадия упругой деформации, при которой под действием внешних сил происходит смещение атомов металла на величину меньшую, чем величина межатомного расстояния. После снятия нагрузки атомы возвращаются в исходные положения.

2. Стадия пластической деформации. При продолжении действия внешних сил, атомы смещаются на довольно большие расстояния, большие, чем межатомные. После снятия нагрузки они не возвращаются в исходные положения, оставаясь в новых положениях устойчивого равновесия. Сумма таких смещений создаёт пластическую деформацию, то есть остаточные изменения формы и размеров твёрдого тела после снятия внешних сил. Новое положение атомы занимают в параллельной плоскости, не меняется сплошность и плотность металла.

3. Деформация разрушения. Характеризуется нарушением сплошности и целостности материала. Деформации разрушения всегда предшествует упругая и пластическая деформация.

Скольжение одной части кристаллической решетки относительно другой происходит по плоскости скольжения. Наличие дислокаций облегчает процесс скольжения.

Изменение формы материала измеряется степенью его деформации - относительным удлинением и относительным сужением. Чем выше допускаемая степень деформации для данного материала, тем он пластичнее, тем он более пригоден для ОМД.

Силы взаимосвязи атомов всегда препятствуют силам нагрузки, иными словами, тело оказывает сопротивление деформированию, в результате в нём возникают внутренние напряжения, которые и вызывают пластическую деформацию.

В процессе пластической деформации возникает ряд явлений:

1) Наклеп – при пластической деформации металла в холодном состоянии происходит упрочнение, то есть предел прочности увеличивается, а характеристики деформируемости уменьшаются, это происходит из-за накопления внутренних напряжений за счет искажения кристаллической решетки, то есть наклеп ограничивает следствия пластической деформации

2) При нагреве холодно деформированного материала, в нём происходит разупрочнение. Этот процесс называется возвратом или рекристаллизацией. Рекристаллизация, то есть восстановление свойств металла, происходит при температуре t_р>0,3t_пл. Увеличение температуры приводит к увеличению амплитуды тепловых колебаний атомов искажённой решётки, что позволяет им вернуться в первоначальное положение устойчивого равновесия и остаточные напряжения снимаются. В результате, несколько увеличивается пластичность, но волокнистая и полосчатая структура не меняется. Минимальная температура полной рекристаллизации зазывается температурой рекристаллизации. Полная рекристаллизация происходит при нагреве t_р»0,4t_пл. При этом подвижность атомов металла достаточна для их перегруппировки, приводящей к возникновению и росту новых равноосных зёрен с неискажённой кристаллической решёткой. Наклёп полностью снимается, полосчатая структура превращается в равноосную, а волокнистая структура сохраняется, так как вытянутые неметаллические включения рекристаллизации не подвергаются.

3) остаточные напряжения – при небольшой нагрузке деформации подвергается лишь часть зерен, а остальные деформируются упруго и стремятся вернуться в первоначальное положение, чему препятствует пластическое деформирование зерна.

Сопротивление деформированию и пластичность определяют деформационные свойства материала и зависят от:

· химического состава - с увеличением содержания углерода и легированных элементов в стали, понижается её пластичность, а сопротивление деформированию увеличивается

· температуры - повышение температуры приводит к росту пластичных и понижению деформационных качеств материала (это свойство часто используется на практике, и заготовки перед ОМД иногда нагревают)

· скорости деформирования - возрастание скорости деформирования снижает пластичность и повышает сопротивляемость деформированию, при очень больших скоростях деформирования (деформация взрыва) для многих металлов имеет место большая степень деформации, при которой не происходит разрушения (разрыва) материала

· схемы нагружения - определяется векторами действующих усилий, что приводит к направлению (появлению?) действующих в теле напряжений

Пластичность в широком понимании следует рассматривать не как неизменное свойство материала, а как его состояние, зависящее от условий обработки. Холодное пластическое деформирование достигается за счёт изменения формы и размеров зёрен металла (внутрикристаллическая деформация) и их относительного перемещения (межкристаллическая деформация). В процессе деформации зёрна дробятся и вытягиваются в направлении пластического деформирования материала, создавая полосчатую микроструктуру. Вместе с зёрнами вытягиваются также микровключения, расположенные между ними, образуя волокнистую структуру. Искажение кристаллической решётки приводит к возникновению напряжений в металле. Возникающее в результате изменение физико-механических свойств (после деформирования) называется упрочнением или наклёпом. Так, при наклёпе повышается прочность и твёрдость примерно в полтора-два раза, но пластичность уменьшается. Следует отметить, что кроме этого изменяется электропроводность материала, магнитная проницаемость и т.п.

Все способы обработки давлением, проходящие при температуре ниже температуры рекристаллизации, называются холодной обработкой, способы же обработки, проходящие при температуре выше температуры рекристаллизации - горячей обработкой.

Классификация операций обработки давлением

1) разделительная – отделение частей материала по замкнутому или незамкнутому контуру (резка, пробивка, вырубка, обрезка, надрезка)

2) формоизменяющая – операция, в процессе которой заготовка превращается в пространственно-объемную деталь требуемой формы без изменения толщины (гибка, вытяжка, правка (устранение несоответствий требованиям к форме – параллельность сторон и т.п.), рельефная формовка, отбортовка, обжим и т.д.)

3) комбинированная – совмещение операций штамповки в одну (вырубка+вытяжка, вытяжка+формовка)

Также применяются заготовительные операции (резка на ленты и т.п.), давильно-накатные и др.

Для выполнения таких операций используют различные механизмы, оборудование:

· ножницы (параллельные, наклонные, дисковые)

· механические прессы (кривошипные; эксцентриковые; простого, двойного, тройного действия; гидравлические; с автоматической или полуавтоматической подачей)

Делили, получаемые штамповкой, изготавливаются при помощи оснастки, которая в зависимости от вида делится на вырубную, гибочную, вытяжную, формовочную.

════════════════════════════════