Учебное пособие: Изготовление литых деталей из металлических сплавов

б

Рис. 5.4. Схема процесса получения отливок методом литья по выплавляемым моделям: а – типы литниково-питающих систем; б – литниковая форма: 1 – опока; 2 – блоки с литейной оболочкой; 3 – формовочный наполнитель

На полученный блок наносят путем окунания суспензию - жидкое облицовочное покрытие, состоящее из 30 - 40 % гидролизированного этилсиликата (С₂ Н₅ О)₄ Si и 60 - 70 % пылевидного кварца. После этого блок обсыпают мелким сухим кварцевым песком и просушивают при комнатной температуре в тече­ние 5 - 6 часов. Эти операции повторяют до получения огнеупорной корочки толщиной 2,5 - 3 мм. Затем производят выплавление моделей из оболочки, для чего блоки помещают в термошкафы (Т = 110 - 120 °С) или погружают в горячую воду (Т = 90 - 95 °С).

Пустотелую огнеупорную форму 2 помещают в металлический кожух, который заполняют формовочным материалом 3 (сухой или влажный кварцевый песок) (рис. 5.4 б). Подготовленную таким образом форму нагревают до Т = 850 – 900 °С в течение 3 - 4 часов. В процессе прокаливания происходят выго­рание остатков парафина и стеарина и спекание огнеупорной оболочки. После прокаливания форма заливается расплавленным металлом и затем после остывания металла керамическая оболочка разрушается или механическим путем, или растворением в щелочном растворе при 120 °С с последующей промывкой горячей водой (для деталей сложных конфигураций). Последней операцией является контроль отливки и удаление литниковой системы.

Точность размеров соответствует 12 - 13 квалитету, а шероховатость Ra 2,5 – 5 мкм. К числу наиболее существенных преимуществ этого способа отно­сятся: возможность изготовления отливок самой сложной формы, с ла­биринтами и полостями, получить которые другими методами невозмож­но; получение отливок из любых сплавов с минимальными припусками на обработку (0,2 – 0,7 мм); сокращение расхода металла; снижение трудоемкости последующей механической обработки.

К недостаткам метода относятся высокая стоимость одноразовых литейных форм и весьма длительный производственный цикл получения отливок.

Изготовление отливок по выплавляемым моделям механизировано и автоматизировано, что позволяет применять этот метод при любом типе производства. В крупносерийном и массовом производстве используют автоматические установки для изготовления моделей, приготовления суспензий и нанесения ее на блоки моделей и обсыпки их песком, для прокаливания и заливки форм. Эти установки объединяют транспортные устройства в единую систему.

2.Изготовление деталей из пластмасс

2.1. Технологические особенности конструирования пластмассовых деталей

Равностенность . Одним из основных принципов конструирования пластмассовых деталей является равностенность, устраняющая образование трещин в сочленениях стенок, коробление и усадочную пористость. На рис. 6.1 приведены примеры нетехнологичных (а) и технологичных деталей (б). Для различных пластмасс в зависимости от габаритных размеров существуют оптимальные толщины стенок. Для термопластичных материалов, отливаемых под давлением, при размерах детали до 150 мм, рекомендуемая толщина стенок 1 - 2 мм; для более крупных 2 - 3 мм. Для деталей, изготавливаемых прессованием из термореактивных порошков, толщина стенок 2 - 5 мм, а для волокнистых - 2,5 - 6 мм.

а)

б)

Рис. 6.1. Примеры создания равностенных деталей из пластмасс: а – нетехнологичные; б - технологичные

Ребра жесткости. Отклонения от геометрической формы плоских поверхностей деталей находятся в прямой зависимости от величины прогиба (рис. 6.2 а), возникающего вследствие возникновения внутренних напряжений при охлаждении. Максимальную величину прогиба определяют по эмпирической формуле

, (6.1)

где k - коэффициент, равный 0,01 для термореактивных пластмасс и 0,016 для термопластичных; L_max - максимальный габаритный размер.

Для устранения коробления и повышения жесткости деталей вводят ребра жесткости, которые не должны касаться опорной поверхности (рис. 6.2 б). На рис. 6.2 в приведены примеры конструирования ребер с одновременным устранением утолщений. Для малогабаритных деталей роль ребер жесткости могут выполнять выпуклые или вогнутые поверхности, устраняющие коробление (рис. 6.2 г).

Опорные поверхности. Рациональная конструкция опорной поверхности препятствует короблению, что необходимо при изготовлении корпусных деталей, имеющих опорные поверхности. С этой целью сплошные поверхности должны заменяться выступами, буртиками (рис. 6.3).

Отверстия. При конструировании деталей с отверстиями необходимо учитывать возможность появления внутренних напряжений вследствие усадки материала. Лучше располагать отверстия не в сплошных массивах (рис. 6.4 а), а в специальных бобышках с тонкими стенками, что снижает усадку и усилие охвата стержней, оформляющих отверстие (рис. 6.4 б).

Радиусы закруглений. На пластмассовых деталях рекомендуется делать плавные переходы и радиусы закругления на кромках. Внешние радиусы выполняются равными 2 – 3 мм. Внутренние радиусы для деталей из пресс-материалов должны быть порядка 1 - 2 мм, а для литых деталей из термопластов 0,5 - 1,0 мм.

Резьба. В пластмассовых деталях при формообразовании можно получить готовые резьбы без дальнейшей механической обработки. Минимально допустимый диаметр резьбы для деталей из термопластов и пресс-материалов – 3 мм, для волокнистых пресс-материалов - 4,0 мм.

Армирование, как и при литье металлов, расширяет область использования деталей из пластмасс. Армирования применяют для достижения многих целей: облегчения сборочных операций, получения электрических выводов, например в каркасах катушек индуктивностей, дросселей, трансформаторов. При конструировании деталей необходимо учитывать, чтобы армирующие элементы были прочно закреплены в пластмассе, а тип материала арматуры зависит от его назначения. На рис. 6.5 представлены примеры армирования деталей, имеющих различные назначения и методы крепления арматуры.

2.2. Изготовление деталей из термореактивных пластмасс

Основным технологическим оборудованием являются гидравлические прессы, а технологической оснасткой – пресс-формы, которые могут быть неразъемные и разъемные, съемные и стационарные.

Технологический процесс формообразования деталей из термореактивных материалов состоит из следующих основных операций: таблетирования, предварительного подогрева таблеток, прессования, удаления грата и литников, термической обработки.

Таблетирование - прессование таблеток из исходного материала (порошка, состоящего из наполнителя и связки). Таблетирование уменьшает объём загрузочных камер пресс-формы, позволяет автоматизировать процесс дозирования и его точность, повышает качество прессованных изделий, уменьшая количество пор и увеличивая плотность материала по всему объему детали. Таблетирование выполняется на высокопроизводительном технологическом оборудовании – автоматических и полуавтоматических таблеточных машинах.

Предварительный подогрев таблеток применяется для сокращения времени подогрева материала в пресс-форме в операции прессования, что снижает основное технологическое время операции прессования в 2-3 раза. Подогрев производится в термостатах или токами высокой частоты. Последний способ подогрева является более качественным и снижает время подогрева в несколько раз. В зависимости от химической природы пресс-материала температура предварительного подогрева находится в пределах от 80 до 200 ^о С. Операция прессования выполняется на гидравлических прес­сах. Технологической оснасткой являются пресс-формы. Основные переходы операции прессования: укладка арматуры в пресс-форму; загрузка пресс-материала (таблеток); включение рабочего хода ползуна пресса; закрытие пресс-формы и выдержка под давлением в течение времени, необходимого для заполнения пресс-формы и отверждения (полимеризации) пресс-материала; извлечение детали из пресс-формы; очистка пресс-формы и подготовка к загрузке.

Различаются два вида прессования деталей из термореактивных пластмасс: прямое (компрессионное) прессование и литьевое прессование.

Прямое (компрессионное) прессование. Схема пресс-формы при прямом прессовании изображена на рис. 6.6. Пресс-материал загружается в рабочую полость 3, матрицы 2, нагретой до температуры 150 – 200 °С, и затем под давлением пуансона он заполняет рабочий объем пресс-формы, образованный матрицей 2, пуансоном 1 и знаком 4. Время выдержки под давлением выбирают из расчета 0,5 - 2 мин на 1 мм толщи­ны стенки детали.