Технологія виготовлення литих заготовок

Одну – дві складові шихти можна вибрати довільно і тоді розрахунком можна визначити  співвідношення між іншими матеріалами, які входять у шихту.

Якщо частину кожної складової в шихті позначити через х, у, z,  то першим рівнянням буде сума цих складових.

Отже, перше рівняння:

х + у + z = 100

Для складання наступних  рівнянь розраховують баланси в  шихті окремих елементів сплаву.

Другим рівнянням буде баланс кремнію. Для зручності розрахунки ведуться на 100 кг сталі.

Баланс складається  так: у відповідності з хімічним складом кожної складової визначають яку кількість даного елемента внесено  в шихту х % першого, у % - другого. Суму цих величин прирівнюють  до цієї кількості даного елемента, яку необхідно забезпечити в шихті з розрахунком вигорання або пригорання цього елемента.

Склавши необхідне число  рівнянь розв’язують систему  рівнянь звичайними способами. Отже, потрібно розрахувати шихту для  відливки такого хімічного складу:

 

Мn = 0,6 %;                    Si = 0,4 %

                    Р = 0,4 %;                       S = 0,045 %.

 

На складі ливарного  цеху є такі матеріали:

Матеріали	Si	Mn	P	S	Кількість в  шихті, %
Переробний чавун	0,8	2,2	0,15	0,03	Х
Сталевий брухт	0,2	0,5	0,05	0,05	У
Ливники і скрап	0,4	0,3	0,4	0,04	Z

 

Кількість трьох складових  шихти позначимо Х, У, Z. Кількість марганцю і кремнію, яку необхідно мати в шихті при вигоранні кремнію 10 %, марганцю 15 %

Si = 0,4/0,9 = 0,44 %

Mn = 0,6/0,85 = 0,7 %.

Складемо три рівняння:

1. Сумарне рівняння:

х + у + z = 100

2. Баланс кремнію:

0,8 * х + 0,2 * у + 0,4 * z = 40

3.Баланс марганцю:

                    2,2x + 0,5y + 0,3z=70

Перепишемо ці рівняння у такому вигляді:

                    x + y + z=100

                    0,8x + 0,2y + 0,4z =40

                    2,2x+0,5y+0,3z=70

Розв’язуємо системо  з трьох рівнянь методом трикутника, отримаємо:

                    x =17,4%

                    y =34,7%

                    z =47,9%

        __________________

                 сума = 100%

Отже, шихту можна скомпонувати з таких складових:

Переробного чавуну – 17,4%; сталевого брухту – 34,7% і ливників – 47,9%.

      Оскільки  розрахунок був проведений на 100 кг сталі, то при кількості  деталей 1000 штук і масі виливки 6,6 кг для  6600 кг, потрібно використати 1148,4 кг переробного чавуну; 2290,2 кг сталевого брухту; 3161,4 кг ливників і скрапу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Ливникова  система та її розрахунок.

     

           Ливникова система. З’єднані у визначеному порядку канали і оснащення для підведення рідкого металу в порожнину форми і для живлення виливки в процесі її кристалізації називають ливниковою системою. Вона повинна забезпечувати підведення металу у форму з визначеною швидкістю, без завихрень і ударів, при повному відділенні шлаків і інших включень. Нижче розглянуті основні елементи ливникової системи.

          Ливникова лійка – метало приймач рідкого металу з ковша і скерування його в ливниковий стояк. Ливникова лійка може виконуватися безпосередньо у верхній опоці – надставній ливниковій чаші.

           Ливникова чаша призначена для  тієї ж мети, але відрізняється  тим, що одночасно з заповненням  стояка металом попереджає попаданню  у форму шлакових включень. Ливникова  чаша може формуватися безпосередньо у верхній опоці, чи у стрижні виконуватися як надставна.

           При заливанні відповідальних  виливків, у чаші встановлюється  фільтруюча сітка, а вихідний  отвір ливникової чаші закривається  пробкою, що виймається після  заповнення чаші.

           В умовах масового виробництва  для надійного уловлювання шлаку  вихідний отвір ливникової чаші  перед початком заливання закривається  пластинкою з жерсті, що розплавляється  після наповнення чаші металом.  У великих чашах з тією ж  метою передбачають перегородки.

           Ливниковий стояк – вертикальний  канал, що примикає верхнім  кінцем до ливникової лійки  чи ливникової чаші, а нижнім  – до інших каналів ливникової  системи ( шлаковловлювачів чи живильників ). Ливниковий стояк виконується переважно круглого перетину.

            Шлаковловлювач – ливниковий канал, який підводить метал до живильника сповільнює швидкість струменя металу і змінює його напрямок. Шлаковловлювач служить для кращого відділення шлаків і інших неметалічних включень, які захоплюються рідким металом на шляху у форму.

           Живильник – ливниковий канал  плоского чи трапецеїдального  перерізу, служить для безпосереднього  підведення металу до порожнини  форми. Він повинен бути розміщений  стосовно порожнини  форми  таким чином, щоб виключити чи звести до мінімуму розмиваючи дію струменя металу на матеріал форми .

           Правильна конструкція живильника  і його установка повинні забезпечити:

• плавильний рух металу від шлаковловлювача в порожнину ливарної форми;
• одночасну кристалізацію усіх частин виливки при литті чавуна і сплавів алюмінію ( для цього живильники підводяться до найбільш масивних вузлів, що тверднуть в останню чергу, цим забезпечується підживлення рідким металом масивних вузлів, в яких не виключене утворення усадочних раковин і пористості ).

Додатковою частиною виливки, що служить для її живлення в процесі  затвердівання ( для запобігання появи у виливку усадочних раковин ), є прибуток. Прибуток при подальшій технологічній обробці відділяється від виливки.

         Ливникова система під час  заливання повинна бути цілком  заповнена рідким металом. На  звичайних ливникових системах це досягається шляхом поступового звуження елементів системи від стояка до шлакоуловлявача і живильників.

           Розмір і кількість окремих  елементів ливникової системи  визначаються залежно від розмірів  виливки, товщини стінок і маси сплаву по спеціальних розрахункових таблицях і номограмах. Істотним недоліком широко розповсюджених на практиці ливникових систем, які звужуються ( у яких елементами з малими перетинами служать живильники ) є висока швидкість металу при його вливанні в порожнину форми, це може приводити до захоплення повітря і розмиву форми струменем металу.

            У дросельних ливникових системах  зменшення швидкості руху сплаву , що надходить у порожнину  форми, створюється дроселем – вузьким щілиноподібним каналом, що розташовується між стояком і шлаковловлювачем.

              У цих системах метал з ливникової  лійки спокійно входить у робочу  порожнину форми, тому що після  дроселя швидкість руху металу  значно знижується. У дросельних  ливникових системах перетин шлаковловлювача значно більше, ніж перетин розташованого перед ним дроселя. Перетин живильника також може бути більше перетину шлаковловлювача.

               При проектуванні дросельних  ливникових систем використовуються  нормалізовані елементи, для яких усі вище наведені величини заздалегідь обчислені. Розрахунок в основному зводиться до знаходження по номограмам перетину дроселя, виходячи з його пропускної здатності, тобто швидкості заливання.

               Для видалення газів з порожнини  форми при заповненні її металом, видалення шлаку і частково для локального живлення виливки, що кристалізується, у формі додатково робиться ще один чи кілька каналів ( випорів ), що з’єднує порожнину форми з навколишнім середовищем.

              Випор звичайно виконують на стороні виливки, протилежної ливниковому стояку, і на найбільш піднесених місцях виливки.

               Залежно від рівня підводу  металу у форму, ливникові системи  класифікуються так:

                1. Горизонтальні ливникові системи  з підводом металу у рознімні форми . Застосовують їх звичайно для дрібного та середнього литва, коли висота подачі розплаву з живильників на дно форми не перевищує 230-250 мм. Живильники не бажано розташовувати безпосередньо під стояком і на кінцях шлакоуловлявача, там накопичується найбільша кількість неметалевих включень.

                2. Верхні ( спрощені ливникові системи  ) використовуються для дрібних  виливок простої форми. У цьому  випадку розплав заливають через  стояк, який розташований безпосередньо  на виливці.

                3. Сифонна ливникова система   використовується при виготовленні  високих виливок. Подача розплаву  у форму знизу  забезпечує  спокійне заповнення форми. Але  при цьому більш холодні верхні  частини виливки не виконують  ролі додатка для нижніх шарів. Внаслідок цього в нижніх частинах виливки, а іноді по всій висоті ( знизу вгору ), з’являється дірчастість усадочного походження.

                 4. Комбінована ( ярусна ) система  вважається найкращою для високих  стрижневих виливок, особливо  великих і важких. При такій ливниковій системі заповнення форми повинно починатися через нижній живильник, а закінчуватися через верхній.

                 Для алюмінієвих виливок застосовують  ливникову систему із щілинних  живильників .

                  5. “Дощова” ливникова система застосовується переважно  для виливок  циліндричної форми. Живильники розташовуються по колу на однаковій відстані один від одного. Розплав із стояка потрапляє у кільцевий колектор і через живильники тонкими струменями по всьому периметру виливки рівномірно заповнює форму.

                 Сталь має погані ливарні властивості.  Усадка вуглецевої сталі наближається  до 2%, а легованої – ще більше. Сталь погано заповнює ливарну  форму, з пониженням температури  швидко втрачає рідко текучість.

                Враховуючи це, до ливникової  системи сталевих виливок висувають  такі вимоги: розміри ливникових  каналів повинні бути мінімальними  з найменшою поверхнею охолодження,  розплав має бути підведений  у такі місця, нагрівання яких  сприяє спрямованому твердінню.

                Живильники слід підводити до  виливок так: до дрібних і  середніх – у рознімні форми,  а також згори; до виливок  з малою висотою – знизу  ; до великих – комбіновано,  тобто живильники розташовують  на різних рівнях. У цьому випадку заливання форми починають через нижні живильники, а закінчують – через верхні.

                 Ливникова система для сталевих  виливок не повинна збільшувати  внутрішні напруження. У тонкостінних  виливках розплав завжди підводять  через велику кількість живильників, які розташовані з усіх боків виливки. Для виливок з різною товщиною стінок живильники підводять до товстого місця під додаток або заливають розплав безпосередньо у додаток . Такий спосіб широко застосовують для коліс, шківів, маховиків [6]                                      

  Сумарний переріз живильників для сталених виливок визначають за формулою:

де  G – маса розплаву, кг;   L – коефіцієнт поправки на рідко текучість; для вуглецевої сталі – L = 0,85;  для низьколегованої сталі – L = 1,0;

для легованої сталі – L = 1,5; К_у  - питома швидкість заливання, кг/см² * с.

Тривалість заливання  форми визначається за формулою:

де S – коефіцієнт, який дорівнює 1,4 – 1,6; для виливок, які схильні до утворення внутрішніх напружень, тріщин і усадочних раковин значення S збільшується на 0,1 – 0,2; δ – середня товщина стінок виливки, мм; G – маса виливки, кг.

Площу перерізу  ливникової  системи визначають за співвідношенням:

                                                                    (10.3)

для дрібних сталевих виливок:

                                                              (10.4)

для середніх і великих  сталевих виливок.

Проведемо розрахунок ливникової системи для виливки із сталі 25Л:

Розрахуємо площу живильників за формулою ( 10.1 ), прийнявши G = 6,6 кг, L = 0,85,  Ку = 0,74 кг /см² * с.

Тривалість заливання  форми визначаємо за формулою ( 10.2 ), прийнявши S = 1,6, δ = 21 мм, G = 6,6 кг :

.

 

 

Дальше розрахуємо площу  перерізу елементів ливникової системи за формулою ( 10.3 ) :

звідси    Fшл = 1,40 см², Fст = 1,53 см².

Додаток встановлюють над  найбільш масивними частинами виливок.

Обов’язковою умовою живлення виливки від прибутку є  вміст в ньому такої кількості  розплаву, яка необхідна для компенсації усадки у виливці і розташування усадочної раковини у прибутку. Додаток повинен охолоджуватися і повільніше тверднути ніж виливка, для цього об’єм прибутку має бути досить великим. Додатки можуть бути прямими або відвідними. Прямі встановлюють на виливку, а відвідні – збоку.

Відкритий додаток править  за випори, бо він сприяє виводу через  випір форми повітря та газів і сигналізує про заповнення форми.

Об’єм додатка залежить від об’єму виливки і усадки:

Vдод = 2 % Vвил                            ( 10.5 )

                                   Vдод = 2% * 839,977 = 16,799 см³