Окружающей среды и природопользования
жүктеу/скачать 9.9 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 6.6.1 Заливка в одноразовые литейные формы
- 6.6.2 Заливка в постоянные литейные формы
6.6 ОтливкаЗаливка представляет собой основную работу при производстве отливок. Подготовленная литейная форма заполняется жидким металлом под действием сил тяжести или центробежных сил, или давления. После заливки, отливка охлаждается до отвердения и затем выбивается из литейной формы для дальнейшего охлаждения и обработки. [1] 6.6.1 Заливка в одноразовые литейные формы6.6.1.1 Заливка Существует два типа ковшей, обычно используемых при заливке жидкого металла: со сливным носком и чайникового типа. Третий тип (то есть подовый ковш) чаще используется для разлива сталей. - Ковш со сливным носком: В этом типе ковша (Рисунок 6.38) металл перетекает по сливному носку, причем поток контролируется наклоном ковша, используя специальный маховик. Так как металл вытекает из вершины ковша, поверхность металла должна быть без шлаков, или должен использоваться шлакоотделитель, чтобы предотвратить попадание шлака в литейную форму. Ковши со сливным носком используются для отливки небольших стальных деталей. Рисунок 6.38 - Ковш со сливным носком для заливки расплавленного металла [6] Ковши чайникового типа: Как изображено на Рисунке 6.39, огнеупорная перегородка, расположенная перед носком ковша, гарантирует, что металл будет подаваться из нижней части ковша, так что поток металла будет свободный от шлака. В этом случае расплавленный металл обычно будет чище, чем из ковша со сливным носком. Одним из недостатков является то, что узкий выход иногда может способствовать застыванию жидкой стали при падении температуры или если заливка продолжается после перерыва. 
Рисунок 6.39 - Ковш чайникового типа для заливки расплавленного металла [6] Подовые ковши: Ковш оснащен сливным отверстием, расположенным в его основании, закрытым огнеупорным стопорным стержнем. Металл подается со дна ковша и поэтому не содержит шлаков и неметаллических включений, например, продуктов раскисления, способных плавать в расплаве. Поток металла направлен вниз, так, что во время заливки отсутствует смещение потока. Недостатком является то, что скорость потока изменяется во время заливки по мере изменения напора. 
Рисунок 6.40 - Подовый ковш для заливки расплавленного металла [6] Автоматизированные литейные линии часто оборудуются печью для заливки. Принципы работы одной из печей представлены на Рисунке 6.41. Линия заливки останавливается, когда литейная форма находится в точном положении, то есть под выходом металла. Металл заливается в течение фиксированного времени, путем подъема стопора. Так как уровень металла в приемнике отливки держится постоянным, в литейную форму заливается фиксированный объем расплавленного металла. Уровень металла в печи контролируется с помощью плавающего датчика, который управляет давлением газа в печи. Разливная печь отливки заполняется металлом из плавильной печи через фиксированные промежутки времени. [13], [28] 
Рисунок 6.41 - Заливная печь [13] 6.6.1.2 Затвердевание (1-ое охлаждение) Залитые литейные формы переносятся вдоль линии формовки на линию охлаждения. Длина линии охлаждения определяет конечную температуру отливки в точке выбивки отливок из форм. Эта температура должна быть достаточно низкой, чтобы обеспечить отливке достаточную прочность во время выбивки из форм и дальнейшей обработки. Большие литейные формы не перемещаются во время охлаждения. Время охлаждения может достигать нескольких дней. [13]
В случае отдельной формовки, глина или химически связываемые литейные формы обычно могут быть разрушены с помощью вибрации. В большинстве случаев это достигается путем размещения опоки на вибрирующей решетке, используя для этого кран. В результате вибрации песок отделяется от отливки и опоки. Отливка и опока остаются на решетке, а песок просыпается через нее и впоследствии его можно подвергнуть переработке. Отливка обычно транспортируется в зону остывания для дальнейшего охлаждения на открытом воздухе (вторичное охлаждение). Во многих системах литья в песчаные формы отливка выпрессовывается из опоки и последующее контролируемое охлаждение отливок и песка осуществляется в комбинированных или отдельных охладительных системах, например, в охлаждающих барабанах, поворотных трубах, цепных конвейерах, холодильниках с кипящим слоем и т.д.
Контролируемое охлаждение отливок и песка осуществляется во вращающихся барабанах, поворотных трубах или на передающем конвейере. Отливка охлаждается на передающем конвейере или в корзинах монорельсового конвейера. Во многих случаях для охлаждения используется воздушный поток, который часто направляется в противоположном движению отливки направлении. В некоторых случаях используются водные форсунки, чтобы усилить результат охлаждения. 6.6.2 Заливка в постоянные литейные формы6.6.2.1 Свободная заливка в форму и заливка под низким давлением При свободной заливке в форму и литье под низким давлением используется постоянный стальной кокиль, в который заливается расплав под действием силы тяжести или газа под низким давлением. Для формовки в отливке канавок и сложных внутренних форм могут использоваться песчаные стержни. Благодаря быстрому процессу затвердевания, отливки, полученные при использовании постоянной литейной формы, имеют плотную мелкозернистую структуру с хорошими прочностными характеристиками. Принцип литья в кокиль под низким давлением представлен на Рисунке 6.43. Металлический кокиль устанавливается над закрытой печью, содержащей расплавленный металл. Футерованная труба вертикальной подачи направлена от нижней части кокиля к расплавленному металлу. При подаче в печь воздуха под низким давлением (15 – 100 кПа), расплавленный металл поднимается по трубе и перетекает в полость кокиля без завихрений; воздух из кокиля выходит через вентиляционные отверстия и плоскости разъема кокиля. При затвердевании металла, давление воздуха падает, позволяя оставшемуся расплавленному металлу в трубе вертикальной подачи опуститься назад в печь. По истечении последующего периода охлаждения, кокиль открывается и отливка извлекается. Благодаря отсутствию загрузочных устройств и подъемных механизмов, производительность при литье исключительно высока, в основном более 90 %. Возможно получение хорошей точности размеров и чистоты поверхности, и сложные отливки можно изготавливать, используя песчаные стержни. Эта методика обычно используется для алюминиевого литья, например, для отливки автомобильных частей, например, дисков колес, головок цилиндров и корпусов электродвигателей, и для домашней кухонной посуды. Кокиль должен быть плакирован для получения оптимальных характеристик при выбивке отливок и их охлаждения. Обычно, покрытие кокиля восстанавливается один раз в смену. Долговечность кокиля обычно составляет, приблизительно, 30000 – 50000 отливок. Пример установки для литья в кокиль под низким давлением представлен на Рисунке 6.44.
Кокили плакируются огнеупорным покрытием, контролирующими скорость охлаждения. Период времени, по истечении которого отливка может быть извлечена из кокиля, изменяется от 4 до 10 минут в зависимости от типа отливки. Процесс поэтому является относительно медленным по сравнению с литьем под давлением. Чтобы достигнуть разумных норм выработки, оператор должен последовательно использовать 2 – 4 кокиля, получая выход 30 – 60 отливок в час. Автоматические установки карусельного типа могут иметь 4 – 6 мест с несколькими установленными кокилями, что позволяет достичь производительности около 1 отливки в минуту. Процесс наиболее широко используется при литье алюминия в серийном производстве от 1000 до 100000 деталей ежегодно, например, для изготовления головок цилиндров, водяных насосов и коллекторов. Покрытия на постоянную литейную форму обычно наносятся, используя воду в качестве несущего потока, высокотемпературный связывающий состав (обычно кремнекислый натрий) и огнеупорный наполнитель или смесь наполнителей. Существует две категории покрытий: - изолирующее: содержит смесь изолирующих материалов, например, тальк, слюду, диатомит, двуокись титана, окись алюминия и т.д. - смазывающее: основанное на коллоидном графите, способствующее выбивке отливок. Покрытия обычно наносятся на кокиль путем распыления. Особое внимание при подготовке кокиля, нанесении его покрытия и выборе типа используемого оборудования для нанесения покрытий, может дать существенный прирост качества и производительности. [4] 6.6.2.2 Литье в кокиль под высоким давлением Термин "литье в кокиль" часто подразумевает “литье в кокиль под высоким давлением”. Процесс использует стационарный кокиль (металлическую форму), в который под высоким давлением заливается расплавленный металл. Применение высокого давления вызывает интенсивный и турбулентный поток металла, который позволяет изготавливать отливки с большой площадью поверхности и тонкими стенками. Кокили обычно состоят из двух отдельных стальных блоков, каждый из которых содержит пустоты. Эти блоки плотно прижимаются друг к другу во время заливки металла. Из-за высокого давления поступающего металла, максимальный размер отливки ограничивается максимальной силой сжатия половинок формы. Для формирования внутренних поверхностей используются убирающиеся и съемные стержни. Из-за высокого давления поступающего металла можно использовать только металлические стержни. Это ограничивает степень сложности отливок. Металл поддерживается под давлением до его охлаждения и затвердевания. Половинки кокиля затем раскрываются и отливка удаляется обычно с помощью автоматических выталкивателей. Перед использованием кокили предварительно подогреваются и смазываются, и, для установки желаемого температурного режима работы, охлаждаются либо воздухом, либо водой. Используются два основных типа установок для литья в кокиль под высоким давлением (HPDC): горячая камера или холодная камера (Рисунок 6.45). 
Рисунок 6.45 - Установки с холодной и горячей камерой для литья в кокиль под высоким давлением [5] Горячо-камерные установки HPDC содержат резервуар для расплавленного металла, кокиль и систему подачи металла, которая автоматически забирает расплавленный металл из резервуара и подает его под давлением в кокиль. Стальной поршень и цилиндр используются для создания необходимого давления внутри кокиля. Система с S-образной трубкой используется для подачи расплавленного металла из резервуара в кокиль. Давление может изменяться от нескольких бар до более 350 бар. Холодно-камерные установки HPDC содержат резервуары расплавленного металла, расположенные отдельные от разливочной системы. Количество металла, достаточное для одной отливки, забирается вручную или механическим способом в небольшую камеру, из которой металл подается в кокиль под высоким давлением. Давление создается с помощью гидравлической системы, связанной с поршнем, и обычно составляет от нескольких сотен бар до 700 бар. В установках с холодной камерой температура металла несколько выше точки плавления. Так как металл находится в контакте с поршнем и цилиндром только в течение короткого промежутка времени, процесс главным образом используется для алюминиевых сплавов и, в меньшей степени, для латуней и бронз. Соответствующая смазка кокилей и плунжеров является основой для успешного процесса литья под высоким давлением. Смазка кокиля влияет на качество отливки, ее плотность и чистоту поверхности, легкость заполнения пустот и легкость выбивания отливок. Соответствующая смазка также может ускорить процесс разливки, понизить требования к обслуживанию и снизить требования к материалу рабочей поверхности кокиля. Хотя специальные смазочные составы и являются запатентованными, обычно они (также называемые реагентами разъединения) представляют собой смесь смазки и носителя. Составы также могут содержать присадки, которые предотвращают коррозию, увеличивают стойкость во время хранения и противостоят бактериальному разрушению. Смазочные материалы обычно представляют собой минеральные масла и воск, растворенные в водных эмульсиях. Все чаще используются силиконовые масла и синтетический воск. В настоящее время используются как смазочные материалы, основанные на водных растворах, так и основанные на растворителе. Смазочные материалы, основанные на водных растворах, однако, доминируют на рынке (95 %). Смазка наносится на поверхность кокиля путем распыления между каждой заливкой. Используются разбавленные смазочные растворы (в отношении реагент : вода - 1:20 – 1:200,). В настоящее время расширяется использование дополнительных электростатических порошковых покрытий. Литье под высоким давлением не применяется для литья стали и высокотемпературных сплавов. Эта технология широко распространена при литье алюминия. Кокили дороги, но могут иметь срок службы до 150000 отливок. Поэтому процесс более пригоден для крупносерийных производств. Одно из основных преимуществ HPDC по отношению к другим способам литья состоит в том, что у произведенной отливки могут быть очень сложные формы. Возможность отливать детали сложной формы часто позволяет изготавливать деталь с помощью одной отливки, вместо отливки ее из нескольких частей и последующей сборки. Это помогает весьма снизить затраты на отливку, а также затраты, связанные с изготовлением и механической обработкой. Кроме того, технология HPDC позволяет производить отливки, которые имеют более высокую степень точности размеров и формы поверхности по сравнению с другими способами литья, что способствует снижению или устранению дорогостоящих технологических стадий. Наконец, используя технологию HPDC, можно изготавливать отливки с относительно тонкими стенками. Это может привести к существенному сокращению материальных затрат и к снижению веса деталей. В реальном процессе HPDC получается относительно мало отходов по сравнению с другими процессами металлического литья. Однако, во время разлива металла происходят выбросы газа и дыма. Газообразные выбросы могут проистекать: непосредственно из расплавленного металла; при выделении химических продуктов из смазочных материалов, когда они распыляются на поверхность горячего металлического кокиля, и при контакте с расплавленным металлом. Выбросы в воду могут произойти при любой утечке либо гидравлического масла, либо горячего масла, и из охлаждающей воды. [3]-[5], [37]
При центробежном литье во время разлива металла постоянная литейная форма вращается в высокой скоростью вокруг своей оси. Скорость вращения и скорость разлива металла меняются в зависимости от размера и формы отливки. Ось вращения обычно расположена горизонтально или под небольшим углом (Рисунок 6.46). В некоторых специальных установках применяется вращение вокруг вертикальной оси. В результате отливка имеет очень плотную структуру и свойства, которые не могут быть получены при литье в песчаные формы. Эта методика используется для изготовления цилиндрических изделий из чугуна, стали и алюминиевых сплавов, а также из сплавов меди. Примером деталей, изготовленных с помощью этой технологии, являются трубы, бойлеры, сосуды высокого давления, маховики, цилиндрические оболочки и другие детали, симметричные относительно оси вращения. [31]
Непрерывное литье представляет собой высокопроизводительную технологию для производства прутков, труб и профилей, с использованием которой путем быстрого охлаждения получается мелкозернистый материал с хорошими механическими свойствами. При непрерывном литье расплавленный металл подается в охлаждаемую водой форму, которая открыта в нижней или боковой части. Форма придает изделию желаемую форму. Благодаря интенсивному охлаждению, наружная поверхность металлического изделия затвердевает, когда оно медленно выходит из литейной формы. Благодаря непрерывной заливке металла и выходу изделия из литейной формы, оно получается очень длинным. Газовый резак отрезает изделие как только оно достигает желаемой длины. Эта технология используется для литья как черных, так и цветных металлов. Процесс используется для отливки прутков, плит и листов как конечный этап в производстве литья из стали, чугуна и цветных металлов. Его использование в этом контексте описано в Справочниках по наилучшим доступным технологиям (BREF) для промышленности по изготовлению изделий из цветных металлов [20] и в BREF по производству чугуна и стали [38]. 
Рисунок 6.47 - Схема установки для непрерывного литья, используемой для непрерывной разливки металла [31] жүктеу/скачать 9.9 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
