Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Температура формы — один из факторов, влияющих на ход процесса, Детали, отлитые в холодной форме, имеют значительную пористость, так как металл, соприкасаясь с холодными стенками формы, тотчас застывает, закупоривая все вентиляционные каналы и не давая воздуху выйти наружу. Кроме того, металл, чрезмерно быстро охлаждаясь, плохо сваривается у стенок формы, и наружная поверхность отливки приобретает цветистость — «мороз». Глубина несваривания зависит от степени нагрева металла и часто делает отливку негодной.
He менее важен нагрев стержней. Хорошо нагретый стержень меньше расширяется после заливки металла, что предупреждает образование трещин в отливке.
До начала отливки формы осторожно подогревают до рабочей температуры и в дальнейшем поддерживают эту температуру постоянной, пользуясь водяным охлаждением. При применении водяного охлаждения следует руководствоваться соображениями, приведенными ранее.
Кроме водяного охлаждения, применяется также воздушное охлаждение поверхности полости и стержней.
Для этого предусматривают подводку к каждой машине воздуха под давлением от 3 до 5 ат. При литье медных сплавов интенсивное воздушное охлаждение с помощью воздушных сопел должно производиться после каждой отливки.
При определении оптимальной температуры формы следует руководствоваться следующим. Степень нагрева форм зависит от температуры заливаемого металла, от его теплоемкости, от размеров, массивности и конфигурации отливаемых деталей и от темпа работ. Температура заливаемого металла определяет температуру поверхностных слоев полости формы; все остальные факторы определяют количество тепла, получаемого формой в единицу времени. Чем массивнее отливка и чем быстрее темпы работы, тем сильнее нагревается форма.
Однако поверхность полости формы нагревается значительно больше, чем вся масса формы. Еще больше нагреваются стержни и выступающие части формы, окруженные со всех сторон металлом.
Температура всей металлической массы формы никогда не доходит до температуры заливаемого металла: она всегда значительно ниже.
Поэтому, говоря о температуре формы как о факторе, влияющем на ход процесса и на стойкость самой формы, необходимо прежде всего иметь в виду температурный режим поверхностного слоя полости формы.
Общий нагрев формы для начала отливки должен быть тем больше, чем больше температура плавления заливаемого металла (табл. 42).
Нагрев форм производится в основном газом или электрообогревом, значительно реже (при малых формах) — паяльными лампами.
Нельзя производить обогрев холодных форм жидким металлом, особенно латунью, так как при резком нагреве могут образоваться трещины в результате теплового удара. Тепловой удар возникает, когда тепло не имеет возможности распространиться в глубь формы и концентрируется на поверхностных слоях, которые стремятся расшириться, чему препятствуют более глубокие холодные части формы.
При газовом обогреве применяют трубчатые элементы, изогнутые соответственно контуру формы; обогреватели имеют отверстия для прохода газа, обращенные в сторону поверхности, подлежащей нагреву. Обогреватели закрепляют на штативах и устанавливают непосредственно около формы.
Интенсивность нагрева регулируется количеством подаваемого газа.
В начале подогрева (первые 1/2 часа) следует утопить или удалить выталкиватели во избежание их отпуска.
Электрообогрев целесообразно применять для общего обогрева формы с наружной стороны электрокассетой, находящей применение главным образом в формах без подвижных боковых стержней или для обогрева внутренней поверхности, если в форме нет высоких выступающих частей.
Электрический подогреватель для форм, не имеющих выступающих частей, состоит из коробки, в которой на алундовых трубках, армированных стальными трубками, навита нихромовая спираль, задний конец которой изолирован фарфоровой трубкой. В двух боковых стенках коробки имеются рамки с сеткой, через которые происходит обогрев полостей формы
В верхней части подогревателя имеется тонкая стальная плита, с помощью которой он устанавливается на торцах сдвинутой формы. Электрообогрев может быть сделан на напряжение 20—30 в, для чего следует использовать стандартный трансформатор.
Для обогрева массивных форм, применяемых для литья крупных деталей из медных сплавов, хорошие результаты дает обогрев автогеном.
Чтобы устранить передачу тепла на корпус машины, между неподвижной частью формы и машиной кладется асбестовый картон.
Проверка температуры формы производится контактной термопарой (медь-константан). Вместо периодического измерения температуры целесообразно применять термопары, постоянно установленные в форме. С помощью ниппельного приспособления они глубоко входят в тело матрицы, располагаясь как можно ближе к рабочей поверхности формы, соприкасающейся с жидким металлом. При таком устройстве постоянный контроль за температурой формы осуществляется без затраты времени и без остановки машины.
Измерение температуры формы может также производиться термометром, наполненным азотом, вставляемым в отверстие в плите формы.
Проверка температуры поверхности формы производится с точностью до +10° термическими цветными карандашами, дающими возможность быстро (1—2 сек.) определить температуру по изменению цвета штриха на нагретой поверхности. Цвета, показанные ка концах карандашей, указывают на то, какого цвета должен быть штрих в случае совпадения измеряемой температуры с номером карандаша. Если цвет изменится через 1—2 сек., то следует считать, что форма достигла требуемой температуры. Если цвет нанесенного карандашом штриха изменится мгновенно, то форма нагрета выше указанной на карандаше температуры. Если же цвет изменится более чем через 2 сек., то форма не достигла температуры, указанной на карандаше.
При изготовлении карандашей наполнителем является каолин (20%), связующим элементом — стеарин (20%) и индицирующими компонентами (60%), от которых зависит получение того или другого цвета — различные реактивы.
Чем выше температура формы, тем более плотными получаются отливки. Однако чрезмерное увеличение температуры формы может вызвать явление термоусталости; кроме того, перегрев влечет за собой приваривание отливки, а также увеличение ее размеров вследствие расширения формы.
Исследования показали, что температура формы следующим образом влияет на механические свойства алюминиевых сплавов.
Предел прочности отливок с толщиной стенок до 3 мм при температуре формы от 150 до 275° растет, а при дальнейшем повышении температуры резко падает. Относительное удлинение незначительно растет после 150°, а затем остается постоянным. При температуре формы ниже 150° на отливке видны следы течения металла по холодным стенкам («мороз»).
Для отливок с толщиной стенок 5 мм и выше при повышении температуры формы предел прочности понижается более значительно, а относительное удлинение растет.
Это объясняется увеличением времени затвердевания отливки и укрупнением при этом зерна.
При повышении температуры формы выше 275° к ней более интенсивно начинают привариваться алюминиевые сплавы.
Рекомендуемые температуры формы в зависимости от толщины стенок приводятся в табл. 42.
Уход за формой
Очистка формы. Качество отливки в значительной степени зависит от ухода за формой. Форма, плохо зачищенная, с налипшими в плоскости разъема брызгами металла, избытком смазки или пылью неплотно закрывается, в результате чего могут измениться размеры отливки в направлении, перпендикулярном плоскости разъема; кроме того, на отливке образуются большие заусенцы. Грязь и остатки металла на рабочей полости формы являются причиной образования таких внешних пороков отливки, как вмятины, неровности, наличие не сваренных с телом отливки частиц металла и т. п.
Необходима проверка состояния поверхности формы и очистка формы после каждой операции, особенно при литье из тугоплавких сплавов. По окончании работы нужно тщательно очистить форму. После отливки медных сплавов плоскость разъема очищают слабым раствором соляной кислоты с последующим промыванием водой, затем формы протирают наждачной бумагой.
Термический способ очистки форм применяется в тех случаях, когда механическая зачистка вследствие отложения на поверхности остатков металла не дает положительных результатов. Термическая очистка производится под колпаком с вытяжной вентиляцией с помощью специальной газовой горелки. Форма, требующая очистки, укладывается на керамическую плиту и подвергается обжиганию газовым пламенем в течение 5 мин.; после этого ее осматривают и протирают. Термическая очистка повышает стойкость форм.
Смазка форм, стержней и деталей камеры сжатия. После каждой отливки производится смазка деталей камеры сжатия; наполнительного стакана, поршня и пятки. Стержни смазывают после каждой отливки или через несколько отливок в зависимости от трения, испытываемого ими. Смазка формы производится периодически в выступающих частях, подвергающихся трению. Некоторые сложные формы смазывают после каждой отливки.
Смазка имеет следующее назначение:
1) защищать форму от избыточных тепловых напряжений действием графита, входящего в состав смазки и уменьшающего скорость теплоотдачи расплавленного металла (меньшая скорость теплоотдачи, кроме того, способствуя сохранению жидкотекучести, обеспечивает лучшее заполнение формы);
2) препятствовать привариванию металла к форме, которое имеет место при литье алюминиевых сплавов (смазка, в основу которой входят такие вещества, как масло, тавот, ланолин и т. д., предупреждает приваривание);
3) уменьшать трение и этим способствовать бесперебойному ходу процесса.
В процессе литья между соприкасающимися поверхностями образуется сплошной слой смазывающего вещества, уменьшающего трение и предохраняющего соприкасающиеся поверхности от заедания и быстрого изнашивания.
Режим смазки, т. е. ее состав, количество на одну операцию и период времени от начала смазки до заливки, имеет большое значение; при неправильном соблюдении режима смазка может явиться причиной образования газовых раковин.
Смазывающее вещество должно по возможности в большей степени сохранять свои свойства при нагревании, не должно содержать кислот и сгущаться на воздухе, не должно образовывать большого количества газов.
В табл. 43 приведены составы смазок, давших положительные результаты в заводской практике.
He следует наносить чрезмерное количество смазки. При очень жирном слое смазки избыток графита может быть смыт со стен формы металлом, поступающим под давлением, и тогда в отливке образуются графитовые включения. Главная же опасность, которую представляет собой избыток смазки, — это выгорание масла после заливки металла. Если смазка выгорает после заполнения формы, то газы, выделяющиеся при сгорании, остаются в отливке в виде газовых раковин, которые часто располагаются на наружной части отливок.
В каждом отдельном случае надо практически определять наименьшее для каждой отливки количество смазки. При применении жидких смазок подачу металла в форму нельзя начинать, пока полностью не исчезнет пламя горящего масла; однако время между окончанием горения смазки и подачей металла в форму должно быть минимальным.
Для получения равномерного слоя смазки нужно распылять жидкую смазку пульверизатором.
Для смазки отдельных участков формы и стержней, испытывающих трение (обычно на таком участке появляется блеск), хорошие результаты дают твердые смазки.
Приваривание металла к форме
Приваривание может иметь место в следующих случаях:
а) Когда форма и металл сильно перегреты. Этот вид приваривания имеет чисто технологическое значение и может быть устранен путем регулирования температурного режима формы и металла. Чем массивнее отливаемая деталь, тем значительнее может быть приваривание по этой причине.
б) Когда заливаемый сплав сильно реагирует со сталью формы.
Этого можно избежать, применяя сплав, содержащий некоторое количество железа.
в) Когда металл поступает в форму лобовым ударом и с весьма большой скоростью, создаваемой при впускных литниках заниженного (щелевого) сечения, и бьет в одну точку, диффундируя в сталь формы. Через 15—20 отливок в форме или на стержне образуется пораженный участок, на котором в дальнейшем происходит все более значительное диффундирование, что окончательно выводит форму из строя. Это наихудший, неисправимый вид приваривания, происходящего вследствие применения неправильной литниковой системы. Он может уподобиться процессу металлизации металла под давлением.