Особенности формирования литых заготовок

Для получения отливок при любом способе литья не­обходима литейная форма, которая определяет наружные и внутренние контуры отливок. Литейные формы изготавливают из различных материалов и в зависимости от свойств последних подразделяют на две группы: разовые и постоянные.

Разовые формы используют для получения одной отливки, при извлечении которой форму разрушают. Для изготовления разовых форм применяют песчано-глинистые, песчано-масляные, термореактивные и другие формовочные смеси.

Разовые формы могут быть сухими и сырыми. По толщине стенок их подразделяют на толстостенные (толщина стенок 25-250 мм и более), тонкостенные и оболочковые (толщина стенок 5-10 мм). К разовым формам относятся также неразъемные формы, используемые, в частности, при литье по выплавляемым моделям.

Постоянные металлические формы широко используют в серийном и массовом производствах, в основном для отливок из цветных металлов и сплавов. Материалом для этих форм могут быть чугун, сталь или алюминиевые сплавы. Постоянные формы применяют при специальных способах литья – кокильном, центробежном, под давлением и др.

При всех способах литья (за исключением литья по выплавляемым моделям) форма имеет один или несколько разъемов. При выборе литейной формы исходят из назначения, характера отливок и серийности их выпуска.

Конструкция литейной формы и материал, из которого она изготовлена, оказывают большое влияние на характер формирования отливок и на их качество. Материал формы должен обладать достаточной податливостью, хорошо противостоять статическому и динамическому воздействиям жидкого металла. Форма должна быть газопроницаемой –хорошо пропускать воздух, газы и пары, образующиеся при заливке жидкого металла; податливой – не оказывать большого сопротивления усадке.

Формирование основных свойств отливки (плотности, структуры, механических свойств, стабильности размеров и параметров шероховатости поверхности) обусловлено протеканием процессов взаимодействия металла отливки и формы при заливке формы, затвердевании и охлаждении отливки.

Затвердевание в значительной степени зависит от условий теплообмена между металлом и формой. Особенность разовых форм – их низкая по сравнению с металлом отлив­ки теплоаккумулирующая способность. Кристаллизация и охлаждение протекают в естественных условиях медленно, в результате чего структура отливок становится неравномерной. Поэтому наиболее плотный и качественный металл с наилучшими механическими свойствами расположен вблизи от поверхности отливки. В центральных слоях структура крупнозернистая, механические свойства пониженные.

Повышенная скорость охлаждения способствует улучшению качества отливки, структура получается более мелко­зернистой, что существенно повышает механические свойства отливки. В табл. 1 приведены для сопоставления механические свойства отливок из алюминиевых сплавов при литье в кокиль и песчано-глинистые формы.

С другой стороны, при литье в металлические формы чугунные отливки, как правило, получаются с отбеленным поверхностным слоем и остаточными внутренними напряжениями, что затрудняет их механическую обработку и требует дополнительной термической обработки.

Таблица 1

Механические свойства отливок из алюминиевых сплавов

Охлаждение жидкого металла, его затвердевание, а также последующее охлаждение в твердом состоянии связаны с сокращением объема отливки. При кристаллизации по внешнему контуру в первую очередь образуется твердая корка. Затвердевший контур отливки можно рассматривать как сосуд, в котором заключена имеющая более высокую температуру жидкость. В процессе затвердевания и охлаждения объем жидкости и твердая корка сокращаются, но в разной степени. Результатом этой разницы является образование в отливке свободных от металла полостей, которые называются усадочными.

Различают два вида усадочных полостей: раковины и поры. Усадочные раковины сосредоточиваются в частях отливки, которые затвердевают в последнюю очередь. Уса­дочная пористость располагается в относительно большой зоне отливки. В процессе охлаждения из-за усадки происходит сокращение линейных размеров отливки, т. е. проис­ходит линейная усадка, которая может вызвать появление в металле внутренних литейных напряжений, деформацию отливки и трещины. Сплошность металла может нарушиться не только в результате образования усадочной пористости, но и в результате попадания в кристаллизующийся металл пузырьков газа.

После заливки металла в форму на границе их соприкосновения создается повышенное газовое давление, иногда достаточное для «проталкивания» газов в металл. Если форма пористая, то часть газов через поры формы вытесняется в окружающую среду. Если же форма обладает низкой газопроницаемостью, то внутри отливки образуются газовые раковины и поры. Песчаные разовые формы – тела пористые, хорошо пропускают газ и воздух. Металлическая форма не обладает газопроницаемостью, поэтому при ее использовании возможность получения отливок с повышенной газовой пористостью более вероятна.

Если материал детали, изготавливаемой литьем, обладает пониженными литейными свойствами, то для получения качественной заготовки более целесообразно использовать литье в разовые формы.

Вторым важным фактором, обусловливающим получение отливок без внутренних дефектов, является соблюдение правил литейной технологии, обеспечение хорошего заполнения и питания формы.

Возникновение литейных дефектов типа усадочной пористости, коробления, горячих и холодных трещин во многом зависит от правильной, технологичной конструкции отливки. О правилах конструирования технологичных отливок будет сказано ниже.

Материал формы оказывает большое влияние на точность размеров и параметр шероховатости поверхности отливки (табл. 2).

Таблица 2

Точность и качество поверхности отливок, получаемых различными способами