Виды специального литья

К видам специального литья относятся:

литье по выплавляемым моделям;

литье в кокиль;

литье под давлением;

центробежное литье.

Литьё по выплавляемым моделям

….

Литье в кокиль

Литье в кокиль представляет собой заполнение металлической формы под действием гравитационных сил и может использоваться многократно, рис.1.

Литье в кокиль осуществляют заливкой расплавленного сплава в металлические формы. Высокая скорость затвердевания металла в кокилях обеспечивает высокую плотность, высокую размерную точность и отличные механические свойства отливки.

Применение кокильного литья является высокопроизводительным технологическим процессом. Все операции механизированы и автоматизированы. Эта технология экономична при массовом и крупносерийном производстве.

Кокили изготавливают, в основном, из чугуна.

С целью исключения пригара заливаемого металла к поверхности формы внутренняя полость формы смазывается специальной краской или графитом. Стойкость формы достигает 500-600 шт отливок из чугуна и до 10000 штук для отливок из цветных металлов и сплавов.

При литье в кокиль сокращается рас­ход формовочной и стержневой смесей.

Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты из залитого металла, что обеспечивает более высокие плотность металла и ме­ханические свойства, чем у отливок, полученных в песчаные формы.

Преимущества и недостатки литья в кокиль

Преимущества:

-повышенная производительность труда на основе исключения

трудоемких операций (смесеприготовление, формовка, очистка от пригара),

-снижаются расходы на оборудование,

-повышается в 2-3 раза производительность труда;

-повышается качество отливки, связанное с использованием металлической формы

- увеличивается стабильность показателей качества, таких как механические свойства, структура, плотность, шероховатость, точность размеров;

- улучшаются условия труда;

- снижается загрязнение окружающей среды;

- устраняется сложный для автоматизации процесс изготовления литейной формы;

Недостатки:

- высокая стоимость кокиля;

- ограниченная стойкость кокиля;

- сложность получения отливок с подребрениями, для выполнения которых необходимо усложнить конструкцию формы, использовать вставки со стержнями;

- влияние высокой скорости охлаждения не позволяет получать тонкостенные отливки, необходима термообработка отливок;

- жесткий кокиль приводит к возникновению в оливках напряжений;

Рациональная область применения: серийное и массовое производство

Схемы и устройства применяемых литейных машин

Кокильные машины делятся на:

универсальные (одно, двух, трех позиционные);

карусельные;

специальные.

Универсальные кокильные машины используются в условиях серийного производства, их отличает высокая производительность и небольшие габариты.

Предназначены для получения отливок размерами от 250*200 до 1000*800 мм.

Такие машины разделяются на следующие типы:

с вертикальным разъемом кокиля и одной подвижной плитой;

с вертикальным разъемом кокиля и двумя подвижными плитами;

с вертикальным разъемом кокиля и двумя подвижными плитами;

с двумя подвижными плитами.

Специальные машины служат для изготовления отливки или однотипных отливок, обычно 2...4 -х позиционные.

Карусельные машины можно также отнести к специальным. Благодаря совмещению операций отличаются высокой производительностью. Обычно имеют вертикальную ось вращения карусели. Карусельная машина состоит из однопозиционных кокильных секций с самостоятельным приводом для закрепления и выталкивания отливок, смонтированных на столе карусели. Стол имеет непрерывное или пульсирующее движение.

Поточные линии для литья в кокиль применяют в массовом и серийном производстве отливок широкой номенклатуры. Обычно они состоят из автоматизированных комплексов.

Разработка чертежа кокильной отливки

Разработка чертежа производится по чертежу детали. При этом определяют расположение отливки в форме, место подвода расплава, припуски на механообработку, технологические припуски и напуски, уклоны и допуски. Чертеж отливки в соответствии с ГОСТ 2.423-95.

Выбор расположения отливки в форме при литье в кокиль.

Основным условием для направленного затвердевания металла, удаления воздуха и газов, извлечения отливок из кокиля, установки минимального количества стержней является выбор положения отливки в форме. При этом предпочтительно располагать цилиндрические отливки вертикально, плоские на ребро, чашеобразные, днищем вверх.

Рисунок 2 - Расположение отливки в форме при литье в кокиль

Центробежное литье и литье под давлением

Центробежное литье- способ получения отливок, когда заполнение формыпроисходит в поле действия центробежных сил.

Существует два варианта способа:

с горизонтальной осью вращения;

с вертикальной осью вращения

Главная особенность процесса формования отливок заключается в том, что заполнение формы и затвердевание отливок происходит в поле сил превосходящих силы гравитации. Давление развиваемое при вращении расплава, способствует проникновению его в межкристаллитное пространство, что повышает плотность отливок. Свободная поверхность затвердевает в последнюю очередь, оставаясь геометрически правильной. Инородные частицы, газ. Шлак, имеющие меньшую плотность всплывают на свободную поверхность расплава, это приводит к необходимости назначить большие припуски на обработку свободных поверхностей отливок.

При изготовлении отливок центробежным способом применяют различные литейные формы: металлические, песчаные, комбинированные, оболочковые.

Изложницы для центробежного литья так же как и для кокильного предварительно пред заливкой расплава нагревают, на их рабочую поверхность наносят слой огнеупорного покрытия, предназначенный для регулирования скорости охлаждения отливки и защиты о расплава. Дозировка расплава при центробежном литье существенно влияет на точность массы и толщину стенок отливки.

Технологические возможности получения отливок общего назначения.

Литье чугунных втулок в металлических формах, D< 500 мм.

Литье втулок, колец, венцов из цветных сплавов. В металлических, в редком исключении песчаных формах.

Изготовление длинномерных и толстостенных цилиндрических полых заготовок. Изготавливаются из стали, чугуна, цветных сплавов, отливки имеют диаметр до 1000мм, толщину стенки до 300 мм, длину до 8000 мм и массу до 60 т. Это изделия типа пустотелых валков бумагоделательных машин, деталей химических агрегатов, гильз крупных дизелей. Однослойные и многослойные трубы.

3. Изготовление специальных отливок. Биметаллические отливки можно изготавливать способом центробежного армирования, наваркой расплава, последовательной заливкой различных сплавов.

Армирование отливок осуществляется заливкой жидким металлом отдельных металлических частей, выполненных из других материалов.

Наварку жидкого металла осуществляют путем заливки расплава внутрь заранее изготовленной и установленной в изложницу втулки.

Последовательную заливку во вращающуюся форму двух металлов, второй из металлов начинает застывать, тогда заливается затвердевающий наружный слой.

Центробежное литье применяют во вращающиеся формы. При этом внутренние полости отливок получают без применения стержней. Кроме того достигается снижение расхода металла на литниковую систему.

Универсальные машины применяются для изготовления отливок общего назначения. Труболитейные для получения стальных и чугунных труб большого диаметра. Специальные, для изготовления отливок массового производства таких как валки прокатных станов, барабаны бумагоделательных машин.

Существуют определенные требования к машинам. Они должны обеспечить:

вращение формы с требуемой частотой;

плавное изменение частоты вращения;

Машины имеют следующие основные узлы:

привод вращения формы;

приспособление для крепления;

устройства введения и вывода заливочного лотка;

механизм выталкивания отливок.

Особенности отливок центробежного литья

Отливки правильной цилиндрической формы могут быть получены вне зависимости от дины при горизонтальной оси вращения формы. При наклоне оси вращения. свободная поверхность имеет форму параболоида вращения. Отливки получаются разно стенные.

Фасонные отливки, изготавливаемые в различных формах получают на машинах с вертикальной осью вращения.

Припуски на обработку наружных поверхностей составляют 2-12 мм, в зависимости от толщины стенки, внутренней ~ l/d.

Литье под давлением применяют в массовом и крупносерийном производстве тонкостенных отливок с высокой точностью размеров. Достигаемая точность размеров и высочайшее качество поверхности нередко не требует механической обработки. Литьё осуществляют наполнением пресс-формы расплавленным сплавом под давлением 40-100МПа при холодной камере прессования и 10-30 МПа при горячей камере прессования. После затвердевания сплава пресс-форму открывают и отливку извлекают.

Достоинства литья под давлением:

-литьё под давлением позволяет получать отливки с толщиной стенки менее 1 мм, с чистой поверхностью.

-высокая теплопроводность формы способствует улучшению структуры отливок;

-улучшаются условия труда.

Недостатки процесса:

- габариты и вес ограничены мощностью машины;

- высокая стоимость пресс-формы и ее малая стойкость.

Литьё под давлением применяют, в основном, для отливок из легкоплавких сплавов на основе Al, Mg, Zn. Однако, в последнее время литье под давлением применяется и для тугоплавких металлов (титана, молибдена и других).

Литье по выплавляемым моделям

Используется неразъемная разовая модель по которой из жидкой формовочной смеси изготавливается керамическая оболочковая форма

(перед заливкой расплава модель удаляется из формы выплавлением, выжиганием, растворением, испарением).

Особенности технологического процесса изготовления отливок по выплавляемым моделям.

1. Перед заливкой форму нагревают до сравнительно высоких температур.

2. Скорость отвода тепла мала, следовательно, возможно получение сложных отливок с толщиной стенки S=0, 8...2, 0 со значительной площадью поверхности.

3. Малая скорость охлаждения приводит к появлению в центре толстостенных отливок (6...8 мм) раковин и рыхлот, укрупнению кристаллического строения.

Повышенная температура формы приводит к развитию процессов, приводящих к изменению структуры поверхностного слоя, появлению дефектов на поверхности, для:

отливок из углеродистых сталей - окисление и обезуглероживание до 0, 5 мм;

отливок из нержавеющих сталей- следствие взаимодействия материала формы и отливки возникают точечные дефекты «питтинги»

Технологические возможности.

1. Возможность получать отливки сложной конфигурации, максимально приближенные к форме готовой детали практически из любых сплавов.

2. Припуски на обработку резанием для отливок до 50 мм составляют 1, 4 мм, до 500 мм-3, 5 мм.

Преимущества:

1. Способ позволяет получать отливки из любых сплавов, сложной конфигурацмии.;

2. возможность создания сложных конструкций, соединение деталей в узел;

3. экономически выгоден в серийном и массовом производстве;

4. снижение расхода материалов, улучшение условий труда;

Недостатки

1.Сложный процесс изготовления формы;

2 Большая номенклатура материалов;

3 Сложность механизации и автоматизации процесса.

Область использовани я

1. Труднообрабатываемые материалы и сплавы;

2. Изготовление тонкостенных крупногабаритных отливок повышенной точности с целью снижения массы и повышения прочности;

3. Изготовление отливок повышенной точности из сплавов с особыми свойствами и структурой.

4. Находят применение в различных областях машиностроения и приборостроения, снижают себестоимость деталей на 20....40%.

Литье в оболочковые формы.

 

При этом способе изготовленную металлическую модель нагревают до Т=200-220 С.

Форма в сборе: 1-опока, 2-литниковая чаша, 3-стояк, 4-шлакоуловитель, 5-стержень, 6-полость литейной формы, 7-вентиляционный канал, 8-выпор, 9-штырь

 

 

Углубленное исследование процессов затвердевания, сопровождающих формирование слитков и заготовок, осуществляется преимущественно на модельных сплавах (камфен, тисульфат, парафин и т.п.). Не менее важным направлением исследования процессов затвердевания является математическое моделирование. На кафедре разработаны и успешно внедрены в учебный процесс пакеты прикладных программ, позволяющих моделировать теплофизические процессы затвердевания слитков и непрерывнолитых заготовок. Возможность проведения расчетов на высоком профессиональном уровне позволяет создавать для студентов дополнительные условия для эффективного и качественного выполнения курсовых и расчетных работ. Важнейшим направлением обеспечения учебного процесса современным уровнем знаний и информации является широкое привлечение наиболее прогрессивных прикладных пакетов для описания гидродинамики и теплопереноса в металлургических системах. В настоящее время ас-пирантами и молодыми преподавателями кафедры широко используется пакет прикладных программ Ansys. С его помощью созданы модельные комплексы для описания гидродинамических процессов в сталеразливочном и промежуточных ковшах, а также в кристаллизаторе МНЛЗ. В последние годы кафедра значительно расширила спектр и объемы научных исследований и разработок, что позволило сотрудникам кафедры принимать участие, как в теоретических исследованиях, так и сугубо прикладных, проводимых на металлургических предприятиях региона. Среди этих разработок особое место занимают исследования в области развития современных представлений о возможностях энергосберегающих технологий для внепечной доводки и непрерывной разливки стали. В исследованиях большое внимание уделяется анализу современных тенденций развития черной металлургии в мире и разработке путей реструктуризации и совершенствования горно-металлургического комплекса Украины. К числу наиболее значимых работ в этой области, например, относится комплекс исследований по оптимизации системы технологий на современных мини металлургических заводах и модулях. В рамках проблемы переоснащения металлургического комплекса Украины современными высокоэффективными технологиями и машинами непрерывной разливки стали под руководством и при непосредственном участии проф. А.Н. Смирнова выполнен цикл разработок по созданию научных принципов гармонизации основных технологических этапов подготовки и разливки стали. Разработки нашли широкое применение на ряде металлургических предприятий Украины и России. Продолжением этих работ стал комплекс исследований по развитию представлений о направлениях развития и конструкционных построениях новых высокоэффективных агрегатов для непрерывного литья металлов и сплавов, базирующихся на создании оригинальных комплексных математических моделей. Проводимые кафедрой научные исследования являются приоритетными не только в Украине, но и в большинстве промышленно развитых стран мира, поскольку повышают эффективность систем технологий производства крупных слитков и отливок, а также расширяют возможности непрерывной разливки стали и других сплавов. В работах сотрудников кафедры теоретически и экспериментально доказано влияние увеличения скорости разливки, наложения внешних виброимпульсных воздействий, принудительной конвекции, контакта жидкой фазы с отводящей тепло поверхностью кристаллизатора (литейной формы) на образование сложной схемы температурных полей, являющихся причиной возникновения существенных термомеханических напряжений, вызывающих деформацию твердой корочки затвердевающего металла еще на стадии ее формирования и приводящих, как правило, к возникновению микро– и макротрещин. Полученные результаты дали возможность оптимизировать параметры тепло– и массопереноса в металлургических системах на основе железа как во время разливки, так и при их затвердевании. Наиболее значимыми научными исследованиями и разработками кафедры металлургии стали в период 2005- 2012 г.г. были следующие: · анализ и разработка принципиальных решений реконструкции сталеплавильного производства ОАО «Энергомашспецсталь» и определение технических и технологических параметров комплекса нового оборудования (проф. Смирнов А.Н., проф. Сафонов В.М., доц. Штепан Е.В.); · оптимизация совмещенных процессов гомогенизации стали на всех этапах внепечной обработки с целью ресурсо- и энергосбережения (проф. Смирнов А.Н., проф. Зборщик А.М., проф. Сафонов В.М); · оптимизация параметров продувки металла аргоном на установке ковш-печь с целью повышения эффективности рафинирования и снижения износа футеровки (проф. Смирнов А.Н., проф. Сафонов В.М., ассистент Салмаш И.Н.); · исследование и разработка технологических вариантов внепечной обработки и разливки на МНЛЗ сверхнизкоуглеродистых марок стали (IF) с целью обеспечения их необходимой чистоты (проф. Смирнов А.Н., проф. Сафонов В.М., ассистент Салмаш И.Н.); · математическое и физическое моделирование процессов перемешивания металла в промковше сортовой МНЛЗ и оптимизация конструкции металлоприемников применительно к конкретным условиям литья» (проф. Смирнов А.Н., аспирант Кравченко А.В.); · оптимизация технологических параметров производства IF-стали на этапе конвертер – стальковш – кристаллизатор МНЛЗ для обеспечения стабилизации концентрации вредных включений в непрерывнолитом слябе (проф. Смирнов А.Н., аспирант Кравченко А.В., аспирант Проскуренко Д.В.); · исследование и разработка технологических вариантов модернизации сортовой МНЛЗ с целью повышения производительности и улучшения качества заготовки (проф. Смирнов А.Н., ассистент Ухин В.Е., аспирант Кравченко А.В.); · разработка рациональных технических решений для гармонизации работы огнеупорных элементов промковшей МНЛЗ с целью снижения удельных потерь огнеупоров и повышения качества стали (проф. Смирнов А.Н., аспирант Кравченко А.В.); · исследование особенностей гидродинамических, тепловых, кристаллизационных и деформационных процессов, сопровождающих формирование твердой корки непрерывнолитых заготовок в кристаллизаторах МНЛЗ (проф. Смирнов А.Н., доц. Штепан Е.В., ассистент Ухин В.Е., аспирант Верзилов А.П.); · анализ технологического и технического уровня производства металло-продукции (заготовок) в условиях Донецкого электрометаллургического завода и оценка перспективы развития предприятия с целью обеспечения ресурсо- и энергосбережения (проф. Смирнов А.Н., доц. Штепан Е.В., ассистент Антыкуз О.В., ассистент Ухин В.Е.); · совершенствование принципов совмещения технологических процессов разливки и деформации рафинированной меди на литейно-прокатном модуле, обеспечивающих энергосберегающий эффект (проф. Смирнов А.Н.); · обоснование несинусоидальных параметров движения кристаллизато-ров МНЛЗ и усовершенствование привода качания (проф. Смирнов А.Н., ассистент Антыкуз О.В.); · разработка и внедрение нового способа получения кальцийсодержащих лигатур заданного состава непосредственно в порошковой проволоке (ПП) без специального оборудования ферросплавной промышленности (проф. Дюдкин Д.А.); · разработка и внедрение новых видов кальцийсодержащих ПП с наполнением СК40 (Самет+СК30), СК50 (Самет+СК30), СК40к (Самет +FeSi), Al + Caмет, Fe+Caмет и др. с различным соотношением составляющих материалов (проф. Дюдкин Д.А.); · разработка, внедрение и создание новых технологий обработки чугуна и стали порошковыми проволоками с различными наполнителями (проф. Дюдкин Д.А.); · исследование эффективности использования рафинировочной смеси ИРС-2 для десульфурации чугуна в условиях доменного цеха ММК имени Ильича (проф. Зборщик А.М.); · разработка технологии десульфурации передельного чугуна до содер-жания серы не более 0, 005% порошковой проволокой, содержащей магний, без ставролитового концентрата в отделении десульфурации чугуна доменного цеха ММК имени Ильича (проф. Зборщик А.М.); · разработка энерго– и ресурсосберегающих технологий производства конвертерных сталей (доцент Лебедев Е.Н.); · разработка рациональных способов раскисления и микролегирования низкокремнистых конвертерных марок стали (доц. Лебедев Е.Н.); · разработка и внедрение улучшенной конфигурации слитков кипящих и спокойных марок стали (доц. Лебедев Е.Н.); · исследование и разработка технологии производства чугунных мелющих тел с целью повышения их служебных характеристик (доцент Жук В.Л.). Далее остановимся на тех, которые пришли и работают на кафедре металлурги стали, начиная с 2005 г. Штепан Евгений Викторович родился 14 апреля 1979 г. в г. Макеевке. С 1996 по 2001 г.г. обучался на металлургическом факультете ДонГТУ по специальности «Металлургия черных металлов» (специализация «Металлургия стали») на кафедре ЭМ и КПС. После получения диплома магистра с августа по ноябрь 2001 г. работал помощником мастера отдела технического контроля на ОАО «Макеевский металлургический комбинат». С декабря 2001 по ноябрь 2004 г.г. он обучался в аспирантуре Дон-НТУ на кафедре «Технология конструкционных материалов» под научным руководством проф. Смирнова А.Н. В 2005 г. он переходит на кафедру «Металлургия стали» ассистентом, занимая эту должность до 2008 г. В 2007 г. Штепан Е.В. защитил кандидатскую диссертацию на тему «Усовершенствование технологии и параметров перелива стали из промежуточного ковша в кристаллизатор высокоскоростной сортовой МНЛЗ» по специальности 05.16.02 «Металлургия черных металлов». С 2008г. по настоящее время работает на кафедре МС в должности доцента. Доцент Штепан Е.В. имеет более 30 научных и учебно-методических публикаций, из которых 1 патент на изобретение, 1 учебник и 1 монография (в соавторстве). Лауреат государственной премии Президента Украины для молодых ученых за 2011 год. Антыкуз Олег Васильевич родился 22 ноября 1983 года в г. Донецке. В 2000-2006 г.г. был студентом механического факультета ДонНТУ, обучаясь по специальности «Механическое оборудование заводов черной металлургии». После этого он перешел на кафедру «Металлургия стали», где с декабря 2006 по ноябрь 2009г.г. обучался в аспирантуре у проф. Смирнова А.Н. После ее окончания с 2009 г. по август 2011 г. работал ассистентом на кафедре МС. В ноябре 2010 г. он защитил кандидатскую диссертацию на тему «Обоснование параметров движения кристаллизатора машины непрерывного литья заготовок и усовершенствование его конструкции» по специальности 05.05.08 «Машины для металлургического производства». С сентября 2011 г. работает доцентом кафедры МС. Имеет 15 научных публикаций в периодических технических изданиях, в том числе 1 патент на изобретение. Ухин Владимир Евгеньевич родился 12 апреля 1984 г. в г. Енакиево. В 2001 г. поступил в ДонНТУ на физико-металлургический факультет, обучаясь по специальности «Металлургия черных металлов» (специализация «Металлургия стали»). В 2006 г. он защитил магистерскую работу с отличием. С декабря 2007 по декабрь 2010 г.г. обучался в аспирантуре ДонНТУ на кафедре МС под руководством проф. Смирнова А.Н. За это время он подготовил и представил к защите кандидатскую диссертацию по специальности 05.16.02 «Металлургия черных и цветных металлов и специальных сплавов» на тему «Усовершенствование технологических параметров процесса непрерывной разливки стали на высокоскоростных сортовых МНЛЗ». Защитил кандидатскую диссертацию 28 апреля 2011 г. Ухин В.Е. является автором 15-ти научных публикаций (в т.ч. одна монография в соавторстве). Научный доклад был представлен в материалах международной научно-технической конференции в Австрии «3rd International Conference on Simulation and Modelling of Metallurgical Processes in Steel – making, Steelsim 2009». Лауреат государственной премии Президента Украины для молодых ученых за 2011 год. Салмаш Ирина Николаевна родилась 23 марта 1981 г. в г. Донецке. В 1998 г. поступила в ДонНТУ на физико-металлургический факультет. В 2003 г. она защитила дипломный проект, получив диплом специалиста с приобретением квалификации инженера-теплоэнергетика. С декабря 2003 по февраль 2007 г.г. обучалась в аспирантуре ДонНТУ на кафедре «Металлургия стали» под руководством профессора Смирнова А.Н. За это время Салмаш И.Н. подготовила кандидатскую диссертацию. В мае 2012 г. она защитила кандидатскую диссертацию по специальности 05.16.02 «Металлургия черных металлов» на тему «Развитие теории тепло- и массообмена при продувке металла в сталеразливочном ковше и совершенствование конструкционных параметров футеровки для агрегата «ковш - печь». С февраля 2007 г. по настоящее время Салмаш И.Н. работает на кафедре «Металлургия стали» в должности ассистента. Она является автором более 20 научных публикаций, из них 15 статей опубликованы в специализированных научных изданиях, включенных в При непосредственном руководстве и участии проф. Смирнова А.Н. в последние два десятилетия реализованы ряд крупных инвестиционных проектов по реконструкции и технологической модернизации сталеплавильных цехов в Украине и России: реконструкция Донецкого электрометаллургического завода (создание мини металлургического завода); реконструкция конвертерного цеха Енакиевского металлургического завода (создание высокопроизводительных сортовых МНЛЗ); реконструкция электросталеплавильного цеха завода «Энергомашспецсталь» (ковш-печь и вакууматор); модернизация МНЛЗ №3 и №5 комбината «Азовсталь; совершенствование технологии непрерывной разливки стали на металлургическом комбинате им. Ильича (отработка технологии разливки длинными сериями); реконструкция мартеновского цеха Выксунского металлургического завода (ковш-печь, вакууматор); совершенствование комплекса технологий в конвертерном цехе Алчевского металлургического комбината; отработка технологий разливки стали на блюмовых МНЛЗ Днепровского металлургического комбинта и Сумского завода утяжеленных бурильных и ведущих труб; разработка технологий производства конкурентоспособной продукции (кордовая сталь) для Белорусского металлургического завода; разработка оптимальных технологических режимов разливки стали на блюмовых МНЛЗ Оскольского электрометаллургического комбината; разработка и создание вертикальной слябовой МНЛЗ для Новолипецкого металлургического завода для производства электротехнических сталей; комплекс исследований по оптимизации процессов разливки стали на металлургическом комбинате «Северсталь» (ЭСПЦ и ККЦ) и пр.

ВАЖНОЕ ОБСУЖДЕНИЯ