45963

Специальные способы литья: литьё под высоким давлением, непрерывное литьё, электрошлаковое литьё. Преимущества, недостатки, применение

Доклад

Производство и промышленные технологии

Непрерывное литьё Перевод Непрерывное литьё металлов и сплавов процесс получения слитков и заготовок основанный на равномерном перемещении металла относительно зон заливки и кристаллизации. Равномерные скорости подачи жидкого металла его кристаллизации и удаления готовой отливки при Н. обеспечивают постоянство состава строения и свойств металла по всей длине отливки. Путём усиленного отвода тепла благодаря непосредственному охлаждению металла водой можно повысить скорость кристаллизации и при правильно выбранной скорости литья...

Русский

2013-11-18

188.05 KB

40 чел.

  1.  Специальные способы литья: литьё под высоким давлением, непрерывное литьё, электрошлаковое литьё. Преимущества, недостатки, применение.

Специальные способы литья

Из специальных способов литья в настоящее время распространены литье в металлические формы, центробежное литье, литье под давлением, точное литье по выплавляемым моделям, литье методом вакуумного всасывания и литье в оболочковые формы.

Усовершенствование и внедрение специальных видов литья дает возможность получить отливки настолько близкие к окончательному виду изделия, что механическую обработку можно ограничить лишь чистовой и шлифованием.

Литьё под давлением

Литье под давлением применяют преимущественно для изготовления изделий из термопластов. Осуществляют под давлением 80-140 МПа на литьевых машинах поршневого или винтового типа, имеющих высокую степень механизации и автоматизации (рис. 1). Литьевые машины осуществляют дозирование гранулир. материала, перевод его в вязкотекучее состояние, впрыск (инжекцию) дозы расплава в литьевую форму, выдержку в форме под давлением до его затвердевания или отверждения, размыкание формы и выталкивание готового изделия.

При переработке термопластов методом литья под давлением литьевую форму термостатируют (температура ее не должна превышать температуры стеклования или температуры кристаллизации), а при переработке реактопластов нагревают до температуры отверждения. Давление литья зависит от вязкости расплава материала, конструкции литьевой формы, размеров литниковой системы и формуемых изделий. Литье при сверхвысоких давлениях (до 500 МПа) уменьшает остаточные напряжения в материале, увеличивает степень ориентации кристаллизующихся полимеров, что способствует упрочнению материала и обеспечивает более точное воспроизведение размеров деталей.

  Рис. 1. Литьевая машина: 1 -материальный цилиндр; 2 - нагревательные элементы; 3-винт (шнек); 4-каналы охлаждения; 5-бункер для материала; 6-гидродвигатель; 7-редуктор; 8-гидроцилиндр узла впрыска; 9-манометр; 10, 17-неподвижные плиты; 11 - направляющие колонки; 12-литьевая форма; 13-подвижная плита; 14-колесно-рычажный механизм; 15-гидро-цилиндр узла смыкания; 16-гайки; 18-упор; 19-сопло.

Давление в литьевой форме при заполнении расплавом полимера повышается постепенно (в конце выдержки под давлением достигает 30-50% от давления литья) и распределяется по длине оформляющей полости неравномерно вследствие высокой вязкости расплава и быстрого ее нарастания при охлаждении или отверждении.

Литье под давлением позволяет изготовлять детали массой от долей грамма до нескольких килограммов. При выборе машины для формования изделия учитывают объем расплава, необходимый для его изготовления, и усилие смыкания, требующееся для удержания формы в замкнутом состоянии в процессе заполнения расплавом оформляющей полости.

Для выравнивания давления и улучшения условий заполнения формы применяют литье под давлением с предварит. сжатием расплава, инжекционное прессование, литье под давлением с наложением механический колебаний и др. методы.

Литье под давлением с предварительным сжатием расплава осуществляют на литьевой машине, сопловый блок которой снабжен краном. При закрытом кране производят сжатие расплава полимера в материальном цилиндре машины до давления литья. После открытия крана расплав под высоким давлением с большой скоростью заполняет полость литьевой формы и дополнительно нагревается за счет работы сил трения. Для предотвращения механодеструкции пластмасс скорость течения расплава по литниковым каналам иногда ограничивают. Предварительное сжатие расплава позволяет в 1,5-2 раза уменьшить время заполнения формы и увеличить путь течения расплава до момента его застывания, что позволяет отливать длинномерные тонкостенные детали.

Непрерывное литьё

Перевод

Непрерывное литьё

        металлов и сплавов, процесс получения слитков и заготовок, основанный на равномерном перемещении металла относительно зон заливки и кристаллизации. При этом литейная форма может быть неподвижной или закономерно перемещаться (возвратно-поступательное движение с небольшой амплитудой, вращение, движение по замкнутой кривой ограниченной длины).

         Н. л. металлов и сплавов в СССР и за рубежом начали применять в промышленности в 1930-х гг.; широкое распространение оно нашло в середине 40-х гг. Н. л. теоретически позволяет получать отливки сколь угодно большой длины; практически длина отливок определяется возможностями литейного производства, требованиями обрабатывающих цехов и организационно-экономическими соображениями. Получение отливок ограниченной длины методом Н. л. иногда неправильно называют полунепрерывным литьём. Равномерные скорости подачи, жидкого металла, его кристаллизации и удаления готовой отливки при Н. л. обеспечивают постоянство состава, строения и свойств металла по всей длине отливки. Путём усиленного отвода тепла (благодаря непосредственному охлаждению металла водой) можно повысить скорость кристаллизации и при правильно выбранной скорости литья создать направленную кристаллизацию, в основном вдоль оси отливки, что обеспечивает получение плотных слитков или заготовок с тонким внутренним строением зерна и равномерным химическим составом. Помимо того, Н. л. по сравнению со штучным литьём, сокращает количество отходов и потерь металла, затраты рабочей силы, литейной оснастки и инструмента.

         В зависимости от формирующих отливку устройств различают Н. л. в кристаллизатор (изложницу), валки, жёлоб (ручей), между движущимися лентами. Наиболее распространено литьё в металлический кристаллизатор скольжения, которое применительно к сталеплавильному производству получило название непрерывной разливки стали (См. Непрерывная разливка стали). Разработан и внедрён (для алюминиевых сплавов) принципиально новый вариант Н. л. с формообразованием слитка в электромагнитном поле — литьё в электромагнитный кристаллизатор (рис. 1). Процесс отличается следующими особенностями: отсутствует контакт между кристаллизующимся слитком и стенками металлической формы, что исключает образование грубых поверхностных дефектов; расстояние от мениска металла до пояса непосредственного охлаждения водой очень мало, благодаря чему повышается скорость кристаллизации; металл кристаллизуется в электромагнитном поле с принудительным движением расплава в объёме лунки, что обусловливает мелкозернистую структуру металла.

         В современной металлургии все слитки алюминиевых и магниевых сплавов, а также большую долю слитков тяжёлых цветных сплавов отливают методом Н. л. При получении слитков тугоплавких металлов и титана Н. л. в инертной среде или вакууме обычно совмещают с процессом непрерывной плавки. В этом случае заполнение формы определяется не скоростью разливки расплава, а скоростью расплавления расходуемого электрода или шихты, подаваемой в зону плавления. Для алюминия, меди и сплавов на их основе всё большее распространение получают совмещенные процессы отливки заготовок и последующей их прокатки. К таким процессам относятся получение катанки (См. Катанка) (когда заготовка формируется в ручье обода вращающегося колеса), получение листовой заготовки путём кристаллизации металла в валках или между двумя охлаждаемыми водой лентами. Литьё между лентами позволяет достигнуть наибольшей производительности совмещенного процесса в результате увеличения длительности контакта между затвердевающим металлом и лентой. По этому принципу работают машина конструкции американского инженера С. Хэзлитта, машина Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения (рис. 2) и др. Иногда совмещенные процессы относят к бесслитковой прокатке (См.Бесслитковая прокатка); однако при этом деформации подвергается уже затвердевший металл, в то время как первоначально под бесслитковой прокаткой понимали деформацию металла при его затвердевании.

        

        Рис. 1. Схема непрерывного литья в электромагнитный кристаллизатор: 1 — индуктор; 2 — лоток; 3 — распределительная коробка; 4 — плавающая чаша; 5 — коллектор; 6 — направляющий конус; 7 — поддон.

Элетрошлаковое литьё (ЭШЛ) — вид электрошлакового процесса (ЭШП), литейная технология с защитой металлической ванны от взаимодействия с воздухом находящейся сверху шлаковой ванной, подогреваемой проходящим через неё электрическим током. Используется, например, при изготовлении биметаллическихпрокатных валков.

Рабочая поверхность валков холодной прокатки должна быть износостойкой, а для этого — твёрдой. Иначе она быстро сомнётся. Дешёвый, но достаточно твёрдый материал — серый чугун. Но он не достаточно прочен. Весь же валок должен быть прочным, иначе он не выдержит нагрузки и сразу лопнет. Достаточно прочный материал — конструкционная сталь. Но она слишком мягкая. Можно сделать весь валок из инструментальной стали. Но инструментальная сталь дороже, а валок — не резец. У него значительно больше объём и масса, из-за чего такое изделие окажется много дороже большинства инструментов, а служит он всёравно недолго. Выход: сделать поверхность твёрдой, а основное тело валка — прочным. Для этого применяют плазменную наплавку инструментальной стали на конструкционную. Но во-первых, это лишь частично решает проблему дороговизны материала (инструментальной стали), а во-вторых достаточно дорога сама технология. Одна из альтернатив — наворачивание цельно чугунного бандажа на цельно стальное основное тело валка (обе детали должны иметь резьбу). Но при эксплуатации таких валков бандаж сворачивается с основного тела валка. Кроме того, недостаточная прочность чугуна обуславливает формы разрушения бандажа в процессе эксплуатации, отличные от мгновенного хрупкого разрушения, в первую очередь по поверхности контакта бандажа с основным телом валка. Значит нужен прочный белый чугун. Но белый чугун дороже серого. Электрошлаковое же литьё позволяет дешево отбелить серый чугун за счёт экономного легирования серого чугуна хромом. Эта же технология позволяет соединить сплавлением (сварить по всей поверхности контакта) бандаж и основное тело валка. При обычном литье аналогичных изделий диспергирование струи ведёт к избыточному окислению металла, а из-за слишком быстрой кристаллизации чугун шва будет иметь повышенную хрупкость (а не прочность) и не произойдёт сплавление достаточных объёмов стали и чугуна, из-за чего шов будет тонким и в нём не сформируется область плавного перехода по составу от чугуна к стали. Электрошлаковая же технология позволяет решить все эти проблемы. Поверхности кокиля (литейной формы, если она используется) и заготовок(ки) обмазываются фторидами и хлоридамищелочных и щёлочноземельных металлов, термическое разложение этих солей создаёт защитную атмосферу. Струя металла также диспергируется, но теперь это ведёт не к окислению, а к рафинированию металла. Рафинирование металла более интенсивно продолжается также и в шлаке. Остальные проблемы решаются подогревом зоны кристаллизации. Кроме того, элетрошлаковая технология позволяет создать переходный слой (шов) с рельефом двух встречных псевдорезьб. Этот рельеф и работает аналогично двум встречным резьбам (как у талрепа — резьбового приспособления для натяжения тросов), дополнительно скрепляя части изделия, но при этом, не допуская сворачивания бандажа.

Поддерживается также раздельное легирование зон отливки. При ЭШЛ в шлаковой ванне существует магнитное поле и в ней же протекает электрический ток. Силовые линии магнитного поля ориентированы вертикально, а вектор плотности электрического тока в любой точке имеет горизонтальные проекции. В результате взаимодействия электрического тока с магнитным полем возликает горизонтальная сила Лоренца. Радиальная компонента плотности тока обуславливает азимутальную составляющую этой силы, причём, во внешней и внтуренней, относительно электрода, зонах знак радиальной проекции плотности тока противоположен, а направление магнитного поля совпадает. В результате направление азимутальной составляющей силы Лоренца в этих областях противоположно. А это ведёт к возбуждению двух встречных тороидальных потоков шлака. Причём, характер течения ламинарный. Поэтому оба потока не смешиваются. Материал электрода делится между ними ровно пополам, но даже его концентрация в различных зонах шлаковой ванны может быть не одинакова. Если эти зоны имеют различный объём, то в них концентрация материала электрода обратно пропорциональна объёмам зон. В металлической ванне (которая находится под шлаковой) имеет место диффузия, но состав до конца всё равно не выравнивается. Таким образом, электрод из порошковой проволоки можно использовать для раздельного легирования зон отливки. Кроме того, подача легирующих сверху непосредственно во внутреннюю, или во внешнюю зону шлаковой ванны позволяет добиться раздельного легирования, независимого от соотношения объёмов зон, так как присадки в одну зону вообще не попадают в другую.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

74839. Повесть о взятии Царьграда Нестора – Искандера. Историко-философское осмысление событий в повести 15.23 KB
  Повесть содержит описание истории Константинополя с момента его основания, но особенно подробно рассказывается об осаде византийской столицы турками и ее взятии. Хотя в “Повести” содержится немало достоверных сведений, в целом она все же чисто литературное произведение, а не документальная хроника. Некоторые эффектные сюжетные коллизии оказываются вымыслом: так, в Константинополе во время осады не было патриарха
74840. Хождение за три моря тверского купца Афанасия Никитина 17.94 KB
  Хождение за три моря Афанасия Никитина. является Хождение за три моря тверского купца Афанасия Никитина помещенное под 1475 г. Да станет Русская земля благоустроенной и да будет в ней справедливость Православная вера является для Никитина символом родины.
74841. Памятник Муромо-Рязанской литературы – «Повесть о Петре и Февронии» Поэтичность, демократизм повести. Образ крестьянки Февронии 17.58 KB
  Герои повести — исторические лица: Петр и Феврония княжили в Муроме в начале XIII века, они умерли в 1228 г. Однако в повести историчны только имена, вокруг которых был создан ряд народных легенд, составивших основу сюжета повести. Как указывает М. О. Скрипиль, в повести объединены два народнопоэтических сюжета: волшебной сказки об огненном змее и сказки о мудрой деве.
74842. Домострой – книга, утвердившая нормы семейной жизни 15.89 KB
  Следует отнести также Домострой составление которого приписывается благовещенскому попу Сильвестру входившему в Избранную раду. Домострой регламентировал поведение человека как в государственной так и в семейной жизни.
74843. Бытовая повесть. Повесть о Горе и Злочастии 17.34 KB
  Основу сюжета повести составляет трагическая история жизни Молодца отвергнувшего родительские наставления и пожелавшего жить по своей воле как ему любо. Постоянная опека родителей не научила Молодца разбираться в людях понимать жизнь и он платится за свою доверчивость за слепую веру в святость уз дружбы. Губит Молодца похвальба своим счастьем и богатством. В сознании Молодца еще живучи традиционные представления.
74844. Житие протопопа Аввакума, им самим написанное. Автобиография «Жития». Демократизм и публицистичность «Жития». Традиция и новаторство в жанре Жития 21.16 KB
  Житие протопопа Аввакума им самим написанное. Аввакум так определяет рамки своего повествования. Центральная тема жития тема личной жизни Аввакума неотделимая от борьбы за древлее благочестие против Никоновых новшеств.
74845. Публицистика петровского времени. Юности честное зерцало 14.87 KB
  Зерцало было издано в соответствии с духом петровских реформ когда основу всей книгопечатной продукции составляли разного рода руководства и наставления. Вторая часть это собственно зерцало то есть правила поведения для младых отроков и девушек дворянского сословия.
74846. Екатерина II. «Всякая всячина». Н.И. Новиков, его литературные труды и сатирические журналы. Сатира на лица и на пороки 16.52 KB
  Новиков его литературные труды и сатирические журналы. Предполагают что свои материалы в журнал посылали Фонвизин князь Щербатов и даже Новиков. Новикова. В Трутне под подписью Правдолюбов Новиков упрекает Екатерину.
74847. Классицизм как литературное направление. А.Д. Кантемир, В.К. Тредьяковский, М.В. Ломоносов 15.87 KB
  Сын астраханского священника он подобно Ломоносову охваченный жаждой знаний ушел из родительского дома учился в Славяно-греколатинской академии а затем за границей в Сорбонне. Одновременно с Ломоносовым был удостоен звания профессора Академии наук. Как поэта его при жизни затмили Сумароков и Ломоносов.