Литье, пластмассы

  Литьё.

  Литейным называется производство, занимающееся изготовлением

фасонных деталей или заготовок путём заливки расплавленного

металла в форму полость, которой имеет конфигурацию детали.

После затвердения металла в форме получается отливка. Заготовки

в дальнейшем подвергают механической обработке. В литейном

производстве применяют специальные литейные сплавы, которые

обладают широким диапазоном механических и физических свойств,

особенно железоуглеродистые сплавы, серый чугун (высокопрочный,

ковкий) и стали (углеродистая и легированная). Отливка

образуется в литейной форме следующим образом. В жидком металле

при высоких температурах атомы движутся беспорядочно. После

заливки металл в форме охлаждается и затвердевает около центров

кристаллизации с образованием кристаллических решеток твёрдых

фаз. Вокруг центров кристаллизации происходит рост кристаллов

металла, вначале у стенок формы, а затем внутри тела отливки.

Большое значение имеют литейные свойства сплавов:

жидкотекучесть, усадка, склонность к ливации. Последнее это

свойство сплава характеризует появление неоднородности

химического состава в различных частях отливки. Существенным

недостатком является и появление газовых раковин.

В отечественном приборостроении наибольшее количество отливок

получают из различных алюминиевых сплавов, реже применяют

отливки из сталей и серого чугуна. В качестве материалов для

литья применяют серый чугун марок: СЧ00, . СЧ12-28 .....

СЧ-44-64 и др. Литейные стали, применяются следующих марок:

15Л,25Л....55Л и др. Буква Л означает, что сталь литейная, а

число указывает среднее содержание углерода в сотых долях

процента. Применяются также в особых случаях и жаропрочные

литейные стали, например: 18Н12МЗТЛ. Литейные медные сплавы:

Бр.ОЦСН 3-7-5-1 и другие цветные сплавы. Литейные аллюминиевые

сплавы: АЛ1, АЛ2...АЛ27 и другие, обладают высокими литейными

свойствами, а литейные формы выдерживают большое количество

заливок.

Особенно важно отработать конструкцию детали на

технологичность. Прежде всего следует отметить, что кроме

чертежа детали выполняется чертёж отливки, т.е. конфигурация

заготовки, которую получим после отливки. При конструировании

литой детали учитывают свойства металла, технологию изготовления

модели, формы, стержня, сборки формы и обрубки отливок. При

массовом производстве учитывают возможность максимальной

механизации и автоматизации производства. Принимают во внимание

наличие оборудования, квалификацию кадров и т.п. Конструкция

отливки должна иметь литейные радиусы, литейные уклоны,

одинаковую толщину стенок, достаточно простую форму детали для

возможности отливки её и т.п. Точность размеров и шероховатость

поверхности детали в большей степени должны соответствовать

возможностям литья.

Литьё в песчано-земляные формы.

Литьё в песчано-земляные формы является одним из стариннейших

способов литья. В приборостроении таким способом литья

изготавливают в единичном производстве крупногабаритные детали

из черных и цветных сплавов, имеющих сложную конфигурацию, Схема

получения отливки приведена на рисунке. Как видно из рисунка,

необходимо изготовить модель детали, установить её в опоку,

заформовать вокруг песчано-земляную смесь, предварительно

установив литники и стержни. Модель изготавливается по чертежу

отливки из сухого дерева, обычно применяется бук. В последнее

время все шире применяются другие материалы для изготовления

модели, в основном это различные пластмассы. Опока это

металлическая коробка, в которую засыпают песчано-земляную

смесь. Литник это часть застывшего металла в отверстии, через

которое протекает расплавленный металл. Стержни изготавливаются

из такого же материала, что и модель. Стержни устанавливаются в

модель для получения различных полостей. После формовки смеси

модель, и литники убираются, верхняя и нижняя опоки соединяются,

и заливается расплавленный металл. Далее форма медленно

остывает, при этом через песчано-земляную смесь проходят горячие

газы. Далее опока разбивается, т.е. верхняя опока снимается с

нижней опокой, и горячая заготовка выбивается на пол. Литник

обрубается от заготовки, а песчано-земляная смесь собирается для

последующей отливки. После этого отливка подвергается отпуску

для снятия внутренних напряжений.

      Схема последовательности получения отливки.

Литьё давлением под давлением.

Литье под давлением является наиболее производительным

способом изготовления тонкостенных деталей сложной формы из

цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Отливки не

очень сложной формы можно изготовлять из стали, но литейная

форма выдерживает значительно меньше заливок. Процесс литья под

давлением заключается в том, что расплавленный металл, залитый в

камеру прессования машины, перемещается под действием поршня и

через литниковые каналы заполняет с высокой скоростью полость

пресс-формы, затвердевает под давлением и образует отливку.

Небольшие детали из цинковых и магниевых сплавов отливают на

автоматических поршневых машинах с горячей камерой прессования.

Корпусные детали из алюминиевых, магниевых и медных сплавов, а

также крупногабаритные детали из цинковых сплавов изготовляют на

машинах с вертикальной и горизонтальной холодной камерой

прессования.

Сплавы для литья под давлением должны обладать достаточной

прочностью при высоких температурах, чтобы отливка не ломалась

при выталкивании, минимальной усадкой, высокой жидкотекучестью

при небольшом перегреве и небольшим интервалом температур

кристаллизации. Наиболее распространены цинковые сплавы ЦАМ4 и

ЦАМ4-1; алюминиевые АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛОВ, АЛ11, АЛ28 и АЛ32;

магниевые Мл5 и Млб; латуни ЛС59-1Л и ЛК80-ЗЛ.

Литьё по выплавляемым моделям.

Литье по выплавляемым моделям широко применяется в

приборостроении для изготовления отливок сложной конфигурации

массой от нескольких граммов до 10-15 кг, с толщиной стенок

0,3-20 мм и более, с точностью размеров до 9-го квалитета при

шероховатости поверхностей от 80 до 1,25 мкм. Для литья по

выплавляемым моделям применяют различные сплавы:

среднеуглеродистые стали ЗОЛ-55Л, конструкционные легированные

стали, углеродистые инструментальные стали У7 - У13, литейные

коррозионно-стойкие и кислотоупорные стали, жаропрочные стали и

сплавы, литейные латуни бронзы, силумины и другие цветные сплавы.

Процесс литья по выплавляемым моделям заключается в

изготовлении модели из легкоплавкого парафиностеаринового

состава, которую покрывают тонкой керамической оболочкой,

формуют, выплавляют в горячей воде, а в образовавшуюся полость

заливают жидкий металл. В последнее время появилось много

различных других способов получения выплавляемых моделей: с

помощью лазерной обработкой, с применением различных порошков и

клея, композитных сплавов, трехмерного лазерного принтера,

порошка и клея и т.п.

Существует и много других способов литья. Точностные

характеристики отливок и получаемые шероховатости приведены в

методических указаниях и в технической литературе.

  Пластмассы.

В приборостроении пластмассы являются ценным конструкционным и

электротехническим материалом. Они легкие, хорошо противостоят

коррозии, имеют низкий коэффициент трения, обладают повышенной

износостойкостью, хорошими оптическими и изоляционными

свойствами.

Основной составной частью пластмасс являются полимеры -

синтетические органические соединения. Некоторые виды пластмасс

состоят целиком из полимера, но чаще пластмасса представляет

собой композицию из полимера, пластификатора, наполнителя и

красителя. Наполнители (древесная мука, тальк, асбест,

стекловолокно, различные ткани и др.) придают изделиям

необходимую прочность, жесткость, теплостойкость и

электротехнические свойства. В зависимости от температурного

характера затвердевания все пластмассы делят на термопластичные

и термореактивные. Термопластичные пластмассы при нагревании

приобретают пластические свойства или расплавляются, а при

охлаждении возвращаются в твердоупругое состояние. Повторное

нагревание вновь приводит к пластичности. К термопластам

относятся: полиэтилен, капрон, винипласт, полистирол,

фторопласт, органическое стекло и др. Термореактивные пластмассы

при нагревании необратимо переходят в пластическое состояние с

дальнейшим затвердеванием и приобретением упругих свойств. При

повторном нагревании они остаются твердыми или сгорают не

расплавляясь. К реактопластам относятся: текстолиты, пресс

материалы, стеклопластики и др. В зависимости от числа

компонентов все пластмассы подразделяются на простые и

композиционные. Простые пластмассы состоят из одного компонента,

а композиционные из нескольких. В композиционных пластмассах

смола является связывающим элементом для других составляющих,

при этом смола, составляет 30-70% от общего объема.

Кроме связывающего элемента в состав входят следующие

компоненты: наполнители различного происхождения, которые вводят

для повышения механической прочности, теплостойкости, уменьшения

усадки и уменьшения стоимости; пластификаторы, которые

увеличивают эластичность, текучесть, гибкость и уменьшают

хрупкость пластмасс; cмазывающие вещества, которые уменьшают

трение между частицами композиции, устраняют прилипание к

пресс-формам; катализаторы, ускоряющие отвердение пластмасс;

красители, придающие пластмассам нужный цвет. В зависимости от

физического состояния полимерных материалов, поведения их под

действием теплоты и других факторов все способы переработки

пластмасс в детали наиболее целесообразно разбить на, следующие

основные группы:

1.Переработка в вязкотекучем состоянии (прессованием, литьем

под давлением, выдавливанием и др,).

2.Переработка в высокоэластичном состоянии (пневно и вакуумной

формовкой, штамповкой и др.).

3.Получение, деталей из жидких полимеров различными способами

формообразования.

4.Переработка в твердом состоянии (разделительной штамповкой и

обработкой резанием).

5.Получение неразъемных соединений (сваркой и склеиванием).

6.Различные другие способы переработки (спекание, напыление и

др).

Основные способы переработки пластмасс - литье под давлением и

прессование. Литые и прессованные детали имеют гладкие

поверхности с шероховатостью от 1,25 до 0,08 мкм, точности

получаемых размеров в пределах 10-12-го квалитета точности и

почти не требуют обработки резанием. Для литья и прессования

используют сырье в виде гранулированных термопластов и

термореактивных порошков.

Схема получения детали из пластмассы методом прямого прессования.

В процессе получения детали необходимо выдерживать

температурный и временной режим.

Подогрев необходим для удаления влаги. Наиболее важным

является соблюдение режима кристаллизации, при котором

необходимо выдержать температуру и время выдержки при данной

температуре. В противном случае имеем скрытый вид брака. Это

такой вид брака, когда внешний вид изделия полностью

соответствует форме, но внутренняя структура осталась рыхлой

непрочной не только по отношению к механическим воздействиям, но

и к воздействию влаги, т.е. при повышенной влажности

сопротивление данной детали падает до нуля.

После получения детали необходимо удалить следы облоя. Это

острые тонкие остатки пластмассы, которые затекли в зазор

прессформы.