Литейное производство

РЕФЕРАТ

на тему: Литейное производство

2022

Введение

Литейным производством называется отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением изделий - заготовок и деталей, путем заливки расплавленного металла заданного химического состава в литейную форму, полости которой соответствуют конфигурации изделия.

Задачей литейного производства является изготовление фасонных изделий. Литейное производство является одной из важнейших отраслей машиностроения. Около 60-80% (по массе) всех деталей машин изготавливают различными способами литья. Способом литья изготавливают заготовки и детали. В настоящее время основной объем продукции литейного производства составляет изготовление заготовок.

Развитие и внедрение новых высокоточных способов литья определяет тенденцию перехода к производству, ориентированному на изготовление литьем деталей машин. Из общего объема выпуска отливок 75% изготавливают литьем в землю, 20% - литьем в металлические формы и остальные - другими способами литья.

По мере роста технических достижений в области литейного производства повышается качество отливок, их точность, уровень физико-механических и других свойств. В целом проблема формирования состава сплава для достижения определенного комплекса свойств литого материала является наиболее сложной в научном плане, однако и наиболее актуальной. В настоящее время накоплен значительный объем научных представлений и практических рекомендаций, позволяющий сформулировать критерии и требования, регламентирующие состав литого материала заданного назначения.

Цель работы: ознакомиться с технологией литейного производства.

Задачи:

1. Выявить сущность литейного производства;

2. Изучить особенности технического контроля;

3. Исследовать значение аддитивных технологии

1. Характеристика и сущность литейного производства

Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки (детали). При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок.

Характеристика литейного производства указана схематично на рисунке 1.

Рис. 1 .Краткая характеристика процесса получения отливок и работы отделений литейного цеха

Сущность литейного производства сводится к получению жидкого, т.е. нагретого выше температуры плавления, сплава необходимого состава и качества и заливке его в заранее приготовленную форму. После охлаждения металл затвердевает и сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит.

Таким образом, чтобы изготовить отливку, необходимо:

1) определить материалы, которые нужно ввести в шихту для плавки, произвести их расчет, подготовить эти материалы (разделать на куски, отвесить нужное количество каждого компонента); загрузить материалы в плавильную печь;

2) осуществить плавку – получить жидкий металл необходимой температуры, жидкотекучести, должного химического состава, без неметаллических включений и газов, способный при затвердевании образовать мелкокристаллическую структуру без дефектов с достаточно высокими механическими свойствами;

3) до окончания плавки приготовить литейные формы (для заливки в них металла), способные, не разрушаясь, выдерживать высокую температуру металла, его гидростатическое давление и размывающее действие струи, а также способные пропускать через поры или каналы выделяющиеся из металла газы;

4) произвести выпуск металла из печи в ковш и доставить его к литейным формам; выполнить заливку литейных форм жидким металлом, не допуская перерывов струи и попадания в форму шлака;

5) после затвердевания металла раскрыть формы и извлечь из них отливки;

6) отделить от отливки все литники (металл, застывший в литниковых каналах), а также образовавшиеся (при некачественной заливке или формовке) приливы и заусеницы;

7) очистить отливки от частиц формовочной или стержневой смеси;

8) осуществить контроль качества и размеров отливок. В настоящее время наибольшее число отливок получают в разовых (песчаных) формах, выполняемых из формовочной смеси, состоящей из кварцевого песка, огнеупорной глины и специальных добавок.

После затвердевания металла форму разрушают и извлекают отливку. Кроме разовых, применяют полупостоянные формы, изготовленные из высокоогнеупорных материалов (шамота, графита и др.), они используются для заливки нескольких десятков (50–200) отливок, и постоянные формы – металлические, они служат для получения нескольких сотен, а иногда и тысяч отливок до износа формы. Выбор литейной формы зависит от характера производства, рода заливаемого металла, требований, предъявляемых к отливке.

Литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5—500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и т. д.).

Для изготовления отливок применяют множество способов литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежное литье и др. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и шероховатости поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Виды литейного производства

Любое производство, в том числе и литейное, характеризуется трудоемкостью и номенклатурой выпускаемой продукции. Различают следующие основные виды литейного производства: единичное, серийное и массовое.

Индивидуальное (единичное) производство характеризуется производством широкого спектра форм для литья в небольших количествах. Производство отдельных отливок может повторяться через регулярные промежутки времени.

Серийное производство характеризуется периодическим выпуском литья ограниченной или широкой номенклатуры значительными или небольшими партиями¹.

Массовое производство характеризуется непрерывным производством в больших количествах определенной серии отливок. Примером массового производства является производство монотонных (одинаковых) отливок в больших количествах литейными цехами на автомобильных и тракторных заводах. Серийное производство оказывает большое влияние на выбор форм, тип используемого оборудования и работу литейного цеха.

Основы общей технологии металлов

Наиболее часто используемые сплавы железа с углеродом используются в машиностроении, то есть конструкционная и инструментальная сталь, серый чугун и чугун ковкий, а также цветные сплавы.

Металлы отличаются характерным металлическим блеском, пластичностью, высокой теплопроводностью и электропроводностью, непрозрачностью. При нормальной комнатной температуре все металлы (кроме ртути) являются твердыми веществами. Примерно 2/3 всех элементов - металлы.

В технике не используются химически чистые металлы. Это обусловлено двумя причинами: во-первых, сложностью их получения в промышленном производстве, а во-вторых, отсутствием технически полезных свойств. Значительно большее распространение получили так называемые металлические материалы.

Металлические материалы можно разделить на 2 группы:

1. Технически чистые металлы.

2. Сплавы.

2. Элементы литейной формы и литейные сплавы. Основы производства отливок

Литейная форма - это система элементов, которые образуют рабочую зону, в которой формируется отливка из расплавленного металла (рис.2.)

Рис.2. Литейная форма с сборе

1- нижняя литейная опока; 2 – верхняя литейная опока; 3 – разъём; 4 – формовочные уклоны; 5 – вентиляционные каналы; 6 – выпор; 7 – литниковая чаша; 8 - вертикальный канал (стояк); 9 – шлакоуловитель; 10 – питатель; 11 – штыри; 12 – ручки опок; 13 – зона крепления питателей; 14 – модельная плита; 15 – формовочная смесь; 16 – литейный стержень; 17 – полость формы.

Главные требования к форме: прочность, огнеупорность, высокая газопроницаемость, податливость.

Литейные сплавы

Для изготовления отливок используются сплавы черных металлов: серый, высокопрочный, пластичный и другие виды чугуна; углеродистые и легированные стали; сплавы цветных металлов; сплавы из меди (бронзы и латуни), цинка, алюминия и магния ; сплавы тугоплавких металлов: титана, молибдена, вольфрама и др. Литейные сплавы должны обладать высокими литейными свойствами (высокая текучесть, низкая усадка и растрескивание и т. Д.); требуемые физические и эксплуатационные свойства. Выбор сплава для конкретных отливок является сложной задачей, поскольку невозможно по-настоящему учесть все требования.

Основы производства отливок.

Возможность производства тонкостенных, формованных или крупногабаритных изделий без дефектов появляется за счет литейных выпусков сплавов. Основными важными свойствами литейных сплавов являются: текучесть, усадка (линейная и объемная), склонность к растрескиванию, восприимчивость к поглощению и образованию газовых оболочек, пористость в отливках и т. д.

3. Технический контроль в литейном производстве

Задачи технического контроля

Основные задачи технического контроля: выявление причин отклонения качества отливок от заданного и нарушений технологического процесса, разработка мероприятий по повышению качества выпускаемой продукции; установление соответствия режимам и последовательности технологических операций, предусмотренных технической документацией; установление соответствия качеству из материалов, необходимых для производства отливок и т.д.

Контроль отливок в первую очередь осуществляется визуально для выявления дефектов или отливок, подлежащих исправлению.

Литейное оборудование подвергается тщательному контролю (модели, макеты пластины и т.д.) и весь технологический процесс на всех этапах производства отливок (контроль свойств формовочных и стержневых смесей, герметизации в форме, качества стержней и правильности их установки, химического состава и технологических свойств сплава, температуры литья и т.д.).

Дефекты отливок и причины их возникновения

Дефекты отливок по внешним признакам делятся на внешние (песчаные оболочки, перекос, недостаточное заполнение и др.); внутренние (усадочные и газовые оболочки, горячие и холодные трещины и др.).

Песчаные раковины - это открытые или закрытые пустоты в теле отливки, которые возникают из-за низкой прочности формы и стержней, слабой герметизации формы, недостаточного крепления выступающих частей формы и других причин.

Перекос — смещение одной части отливки относительно другой, возникающее в результате небрежной сборки формы, износа центрирующих штифтов, несоответствия знаковых частей стержня на модели и в коробке стержня, неправильного положения установки стержня в форму и другие причины.

Недостаточное заполнение (недолив) — некоторые части отливки остаются незаполненными из-за низкой температуры литья, недостаточной текучести, недостаточного поперечного сечения элементов системы затвора, неправильной конструкции отливки (например, малой толщины стенки отливки) и т.д.

Усадочные раковины представляют собой открытые или закрытые пустоты в теле отливки с шероховатой поверхностью и крупнокристаллической структурой. Эти дефекты возникают из-за недостаточного питания массивных узлов, нетехнологичной конструкции отливки, неправильной установки профитов, заливки перегретым металлом.

Газовые оболочки - это открытые или закрытые пустоты в теле отливки с чистой и гладкой поверхностью, которые возникают из-за недостаточной газопроницаемости формы и стержней, повышенной влажности формовочных смесей и стержней, насыщения расплавленного металла газами и т.д.²

Горячие и холодные трещины - это разрывы в теле отливки, которые возникают при заливке чрезмерно перегретого металла, из-за неправильной конструкции системы затвора и прибыли, неправильного дизайна отливки, повышенной неравномерной усадки, низкой податливости форм и стержней и т.д.

Методы дефектоскопии отливок

Внешние дефекты отливок обнаруживаются при внешнем осмотре сразу после извлечения отливок из формы или после их очистки. Внутренние дефекты отливок обнаруживаются радиографическими или ультразвуковыми методами дефектоскопии.

Во время ультразвукового контроля ультразвуковая волна, проходящая через стену отливки, при встрече с границей дефекта (трещина, раковина и т.д.) частично отражается. По интенсивности отражения волны судят о наличии, размере и глубине дефектов

Способы исправления дефектов в отливках

Незначительные дефекты в ответственных местах отливок устраняются путем заделки шпаклевками или мастиками, пропитки различными составами, газовой или электросваркой

4. Аддитивные технологии и литейное производство

Анализ современных технологий литейного производства и влияющих на них факторов показывает, что использование компьютерных, нанотехнологий и технологий прототипирования необходимо для содействия инновационному развитию литейного производства. Использование аддитивных технологий в литейном производстве позволяет «выращивать» литейные модели и пресс-формы, которые невозможно было изготовить традиционными методами, а также значительно сокращает время изготовления модельной оснастки. Использование пресс-форм и моделей, полученных с использованием аддитивных технологий в процессе вакуумного литья, позволило сократить время изготовления прототипов, прообразов и, в некоторых случаях, серийных изделий в десятки раз.³

Переход на цифровое описание изделий – CAD и аддитивные технологии, появившиеся вслед за CAD, внесли фундаментальные изменения в литейное производство, что особенно проявилось в высокотехнологичных отраслях – авиационной и аэрокосмической, атомной промышленности, медицине и приборостроении, в отраслях, характеризующихся мелкосерийным, штучным производством.⁴

Развитие трехмерных технологий CAD/CAM/CAE привело к значительной модернизации современного литейного производства и, в первую очередь, опытного производства. Целью этой модернизации является создание условий для полной реализации принципа «безбумажных» технологий на протяжении всего процесса создания нового продукта – от проектирования и разработки модели CAD до конечного продукта – чтобы быть неотъемлемой частью цикла проектирования и изготовления изделий для различных целей с широким спектром используемых материалов. Для этого литейные цеха и площадки оснащаются новым оборудованием, которое дает широкие возможности, но требует освоения новых знаний. На сегодняшний день тенденции развития современного литейного производства таковы, что речь идет не только о создании точных копий (моделей) деталей машин, которые также важны и используются в технологиях «литья под давлением», но и о создании готовых функциональных (градиентных) изделий⁵.

Таким образом, рациональный выбор технологии получения моделей и, следовательно, оборудования для прототипирования должен осуществляться с учетом конкретных условий производства и реальных требований к моделям.

В случаях, когда решаются различные задачи, целесообразно иметь две машины: одну для изготовления изделий с повышенными требованиями, вторую для выполнения «рутинных» задач и тиражирования моделей. Современные предприятия, производящие металлические отливки на основе расплавленных моделей для целей опытного и мелкосерийного производства, обычно имеют в составе технологического оборудования автоматическую машину для выращивания мастер-моделей и машину для вакуумного литья в силиконовые формы (рис.3.)

Рис.2. Рис. Машины для литья SLM-растворов

AF-технологии позволяют получать детали сложной конфигурации, которые в принципе не могут быть изготовлены традиционными методами, например, цельнолитые формы с внутренними каналами охлаждения. Для литейного производства эти технологии представляют несомненный интерес, в частности, для изготовления литейных инструментов – пресс-форм как для восковых моделей в массовом производстве или пластмассовых отливок, так и для прямого литья металлов (кокилей, формовочных литейных инструментов). Успешный опыт использования аддитивных технологий в литейном производстве описан в работах Дорошенко В.А., Поклада В.А. с соавторами, Белова В.Д. с соавторами, Колгытина А.В. с соавторами, Бобцова С.В., Туришева В. и др. ⁶

Заключение

  В заключение можно заметить, что существенную роль в современном литейном производстве в настоящее время играют компьютерные технологии. Причем они нашли широкое применение на всех стадиях технологического. Сейчас оптимально активно разрабатывать и внедрять решения для автоматизации и оптимизации литейного производства на основе программно-аппаратного комплекса — мощного и эффективного инструмента управления технологическими процессами на всех стадиях производственного цикла.

Важнейшей предпосылкой дальнейшего повышения количества отливок и эффективности литья под давлением является создание автоматизированных комплексов, гибких производственных систем и роторных линий литья под давлением, гибких автоматизированных производств. Программами технического перевооружения предусматривается интенсивное обновление парка оборудования, применение инновационных технологий, ужесточение требований техники безопасности, улучшение условий труда, повышение внимания к охране окружающей сред

Список использованных источников

Мельников А.П. , Кукуй Д.М. Современные тенденции развития технологии в литейном производстве //Литье и металлургия, 2018 – С.231-236

Кременецкий А.А. Минеральное сырье. Литий: справочник / А. А. Кременецкий и др. М., 2019 - 49 с

Минаев А.А. О закономерностях развития современного литейного производства // РИТМ. – 2018. – № 3 (51). – С. 26-30.

Черунова И. В., Саидова О. Х., Нутфуллаева Л. Н. Характеристика рқнка AFтехнологий. ―Ёшларни қўллаб қувватлаш ва аҳоли саломатлигини мустаҳкамлаш йили‖га бағишланган профессор-ўқитувчилар, илмий изланувчилар, магистрлар ва талабаларнинг илмий-амалий анжумани тезислар тўплами. Бухара. 2021 г. 86 стр

Шишковский И.В. Перспективы быстрого прототипирования для изготовления моделей и литейных форм // Литейное производство. – 2010.– № 6. – С. 23-29.

Саидова О. Аддитивные технологии и литейное производство // Сборник научных статей, 2021 URL: https://www.researchgate.net. (дата обращения 28.12.22)