Проектирование литейной формы

Кроме этого на протяжении всей плавки осуществляется контроль и регулирование электрических параметров печной установки: напряжения, силы тока, активной мощности и коэффициента мощности наряду с дозированным вводом электроэнергии согласно принципам программно-логического управления и с учетом технологических параметров плавки.

Заливка металла в форму производится на АФЛ ИЛ 225 с помощью магнитодинамической заливочной машины 99411. Эта установка предназначена для поддержания температуры и дозирования заливки чугуна. Основные узлы: ванна; магнитопровод с катушками; механизм наклона; тележки; питатель; датчик уровня; рельсовый путь; кабина пультов; электрооборудование.

Установка представляет собой индукционную печь с дополнительным магнитом, которая производит периодическую заливку форм металлом, заливка происходит под действием электромагнитных сил. Температура чугуна в ванне регулируется изменением напряжения питания индуктора.

Магнитодинамические насосы-дозаторы обеспечивают высокую точность и широкий диапазон доз, не требуют герметизации тигля и имеют небольшие габаритные размеры. Вместимость ванны – 2500 кг, скорость заливки металла от 0,8 до 12 кг/с, габариты без пульта управления и кабины: 3975×2765×3680 мм.

Таблица 16 Техническая характеристика дозатора расплава 99411

Достоинства: стабилизация химического состава и температуры расплава, малое содержание неметаллических включений, простота управления

8.1 Обработка расплава в реакционной камере литейной формы

Существенным недостатком технологии производства высокопрочного чугуна с шаровидным графитом является кратковременность (не более 10 минут) сфероидизирующего эффекта, обусловленная снижением содержания магния в расплаве вследствие его взаимодействия с кислородом. Это требует строгого соблюдения временного режима при разливке чугуна в формы после сфероидизирующей обработки. Большинство процессов модифицирования чугуна характеризуется низким усвоением модифицирующих элементов, что приводит к повышенному их расходу и увеличению себестоимости продукции. Кроме того, недостатком методов модифицирования является то, что температура жидкого металла, при обработке модификаторами в ковше, снижается, а эффект при выдержке расплава уменьшается. Это приводит к браку литья, особенно в условиях массового производства.

Существенным недостатком является также загрязнение атмосферы цеха, так как при вводе в чугун металлического магния (марок Мг 1 и Мг 2) происходит его интенсивное испарение, и он сгорает с выделением белого дыма. Реакция происходит очень быстро и носит взрывной характер.

В целях ликвидации вышеперечисленных недостатков, жестких временных рамок и упрощения организации разливки разработана технология получения чугуна с шаровидным графитом путем модифицирования расплава в литейной форме (“Inmold-процесс”). Это прогрессивный метод в области технологии производства чугуна с шаровидным графитом. Для спокойного ввода магния применяют его лигатуры. Сущность его состоит в том, что модификатор размещают в специальной камере, расположенной непосредственно в форме, являющейся элементом литниковой системы и находящейся между стояком и питателем отливки. Существенно снижается расход модификатора, и реакция взаимодействия чугуна с лигатурой протекает спокойно без дымовыделения и пироэффекта даже при использовании лигатур с высоким содержанием магния.

Между скоростями растворения и заливки, а также параметрами реакционной камеры существует зависимость:

φр = U/Fk                                                                                                                                                          (7)

где φр – фактор растворения или скорость растворения, кг/(с×см2);

U – скорость заливки, кг/с;

Fk – параметры реакционной камеры (обычно площадь, см2).

Растворение лигатуры протекает вне контакта с воздухом, поэтому при оптимальных условиях инмолд-процесс обеспечивает достаточно высокое усвоение магния чугуном (свыше 80%). Относительных расход модификатора составляет 0,5-0,8%, а при других способах 1-2%. Для этого метода характерно стабильное получение в литом состоянии требуемого состояния структуры и свойств чугуна, отсутствие цементита в металлической матрице даже при относительно низком содержании кремния.

При внутриформенном модифицировании наибольший эффект сфероидизации достигается при температуре заливки металла 1420-1480°С.

При конструировании и расчете реакционной камеры применяются следующие методика и последовательность:

1)     Установление общей металлоемкости формы с учетом массы литников и прибылей; выход годных отливок 50-60%, для отливок массой до 50 кг;

2)     Определение времени t(c) и скорости заливки U (кгс);

3)     Расчет площади Fk (cм2) реакционной камеры исходя из фактора растворения φр [кг/(с×см2)];

4)     Определение массы (кг) и объема V (см3), занимаемого модификатором;

5)     Расчет слоя h (см) модификатора и высоты реакционной камеры.

Инмолд-процесс в наибольшей степени удовлетворяет требованиям массового производства отливок на автоматических литейных линиях при металлоемкости отдельной формы до 100 кг.

Этот способ получил применение на отечественных заводах. Брак не превышает 2%. Формовка производится на АФЛ. Расход лигатуры составляет 0,7-0,8% от веса заливаемого металла. Наличие модификатора в реакционной камере контролируется автоматически.

В процессе заливки расплава происходит не только растворение модификатора, но и взаимодействие его с формой. При этом загрязнения неметаллическими включениями жидкого металла, поступающего в плоскость формы, при правильно рассчитанной литниковой системе можно избежать. При разработке технологического процесса необходимо выполнять следующие требования:

      растворение лигатуры должно быть равномерным;

      взаимодействие модификатора с расплавом должно протекать только в объеме реакционной камеры без пироэффекта и выделения дыма;

      конструкция и размеры камеры должны обеспечивать условия максимального усвоения модификатора расплава в заданном интервале масс отливок;

      соотношение сечений входного и выходного отверстий, выполняющих роль регулятора, должно обеспечивать плавное течение металла и чистую поверхность камеры в конце цикла модифицирования;

      попадание неметаллических включений в отливку должно быть полностью предотвращено.

Лигатуру для модифицирования в этом проекте выбираем из таблицы III.3 стр. 242 [10].

Выбираем лигатуру на базе кремния и кальция:

Fe – Si – Ca – Mg,

где Si = 42-45%,

Mg = 5-8%,

Ca = 2%,

Fe – остальное.

Плотность: 3-4,5 г/см3.

Температура плавления: 1020-1160°С.

О качестве чугуна после модифицирования можно судить по излому специального прилива-свидетеля.

Ниже приведена визуальная оценка излома после модифицирования.

Преимущества инмолд-процесса следующие: отсутствие пироэффекта и дымовыделения, что повышает безопасность; сокращение затрат на оборудование; постоянство модифицирующего эффекта; обильное зародышеобразование, что исключает проведение вторичного модифицирования; более высокие и стабильные показатели физико-механических свойств чугуна с шаровидным графитом за счет улучшения формы и увеличения графитных включений.

Недостатки процесса следующие: применение строго регламентируемого по составу модификатора; снижение на 2-3% количества отливок в форме вследствие более разветвленной, из-за наличия реакционной камеры, литниковой системы; необходимость контроля качества чугуна каждой отливки.

9 Технологический процесс очистки и обрубки отливок

В процессе выбивки необходимо разрушить разовую литейную форму с целью освобождения отливки. Во избежание искажения конфигурации, образования трещин и других дефектов отливок выбивка должна производиться только после завершения процессов кристаллизации расплава и формирования отливок в форме. Выбивка отливки при высокой температуре нежелательна, так как охлаждение ее на воздухе протекает неравномерно: тонкие части охлаждаются значительно быстрее массивных, что вызывает появление в отливках внутренних напряжений, коробление отливок и даже трещины.

В современных механизированных и автоматизированных литейных цехах охлаждение отливок осуществляется в специальной зоне охлаждения литейного конвейера, снабженного охладительным кожухом, длина которого в зависимости от размеров форм и массы отливок составляет 36-60 м.

Процесс выбивки заключается в том, что затвердевшие и охлажденные до заданной температуры отливки выбивают, после чего форму разрушают, на отливке удаляется литник, после чего производится очистка отливок.

Выбивка форм является одной из самых тяжелых и вредных операций в литейном производстве, так как сопровождается выделением большого количества пыли, теплоты и газов. Для выбивки применяем инерционные решетки. Эти решетки экономичны, кроме того, они работают с меньшим шумом. В литейных цехах с массовым производством операции выбивки отливок из форм и стержней, а также транспортирование отливок в очистное отделение механизированы и автоматизированы.

Отливки поступают в очистное отделение для очистки, обрубки и отделки. Эти операции выполняют в определенной технологической последовательности, зависящей от особенностей отливок (химического состава, массы, толщины стенок, свойств металла и требований к отливкам). Перед очисткой отливки предварительно осматривают; отливки с явным браком (недолив формы, обвал формы, спай и др.) откладывают, и они на очистку не поступают.

Отливки с выбивной решетки транспортируются пластинчатым конвейером к галтовочному барабану. Галтовочные барабаны используются для поверхностной очистки отливок, выбивки стержней, отбивки литников, удаления заусенцев и заливов. Очистка отливок происходит в результате трения и соударения отливок между собой и наполнителем, а также со стенками барабана при его вращении. Отливки загружают в барабаны на 70-80% объема; в количестве 30-35% от массы отливок в барабан загружаются звездочки из белого чугуна диаметром от 20 до 65 мм, также загружают материалы, ускоряющие очистку и улучшающие ее качества: бой абразивных кругов, чугунная и стальная дробь. Продолжительность очистки составляет 0,5-2 часа.