Теория и технология литейного производства
Учебник: В 2 частях Часть 1: Теория и технология литейного производства
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 384
Дополнительно
Вид издания:
Учебник
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-16-004762-1
ISBN-онлайн: 978-5-16-109372-6
Артикул: 141000.06.01
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти
Рассмотрены сведения о современных материалах для формовочных и стержневых смесей. Описаны теоретические основы и современные технологии приготовления формовочных и стержневых смесей, их составы и свойства. Особое внимание уделено новым технологиям изготовления стержней. Даны подробные сведения о противопригарных и вспомогательных материалах, а также о технологиях регенерации формовочных песков.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины и технология литейного производства», магистрантов и аспирантов. Может быть полезен инженерно-техническим работникам литейного производства.
Тематика:
ББК:
- 34: Технология металлов. Машиностроение. Приборостроение
- 346: Отдельные машиностроительные и металлоперерабатывающие процессы и производства
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- ВО - Магистратура
- 15.04.01: Машиностроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Д.М. КУКУЙ В.А. СКВОРЦОВ Н.В. АНДРИАНОВ ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЧАСТЬ 1. ФОРМОВОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СМЕСИ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебника для студентов высших учебных заведений по специальности «Машины и технология литейного производства» Рекомендовано Учебно-методическим центром «Профессиональный учебник» в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины и технология литейного производства» 2020 В 2 частях Минск Москва «Новое знание» «ИНФРАМ»
УДК 621.74(075.8) ББК 34.61я73 К89 Кукуй, Д.М. Теория и технология литейного производства : учебник / Д.М. Кукуй, В.А. Скворцов, Н.В. Андрианов. В 2 ч. Ч. 1. Формовочные материалы и смеси. — Минск : Новое знание ; Москва : ИНФРАМ, 2020. — 384 с. : ил. — (Высшее образование). ISBN 978-5-16-004761-4 (ИНФРА-М, общий) ISBN 978-5-16-004762-1 (ИНФРА-М, ч. 1) Рассмотрены сведения о современных материалах для формовочных и стержневых смесей. Описаны теоретические основы и современные технологии приготовления формовочных и стержневых смесей, их составы и свойства. Особое внимание уделено новым технологиям изготовления стержней. Даны подробные сведения о противопригарных и вспомогательных материалах, а также о технологиях регенерации формовочных песков. Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Машины и технология литейного производства», магистрантов и аспирантов. Может быть полезен инженернотехническим работникам литейного производства. УДК 621.74(075.8) ББК 34.61я73 К89 © Кукуй Д.М., Скворцов А.В., Андрианов Н.В., 2011 © ООО «Новое знание», 2011 ISBN 978-5-16-004761-4 (ИНФРА-М, общий) ISBN 978-5-16-004762-1 (ИНФРА-М, ч. 1) Рецензенты: кафедра «Технология и оборудование машиностроительного производства Витебского государственного технологического университета»; заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства» Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого, кандидат технических наук, доцент Л.Е. Ровин
Предисловие В мировом литейном производстве более 80% отливок изготавливают в разовых формах из различных смесей на базе основного наполнителя — кварцевого формовочного песка. Широкое применение технологий формообразования и изготовления разовых стержней обусловлено относительной дешевизной и доступностью исходных компонентов, возможностью обеспечивать технологически необходимые свойства смесей при многократном использовании материалов, изготавливать широкую номенклатуру отливок как в единичном, так и массовом производстве. Перечисленные преимущества разовых форм и стержней позволяют создавать большое разнообразие технологий изготовления отливок как из черных, так и цветных сплавов. Поэтому в большинстве случаев именно материалы и технологии формообразования и изготовления стержней являются основными факторами, определяющими качественные показатели отливок: чистоту поверхности, отсутствие внутренних и внешних дефектов, геометрическую точность и др. Кроме того, в основном формовочные и стержневые материалы формируют экологическую ситуацию как в литейных цехах, так и за их пределами. Все это накладывает большую ответственность на технолога при выборе материалов и технологии изготовления разовых форм и стержней, а также противопригарных покрытий. С учетом многообразия формовочных и стержневых материалов, а также их значимости при изготовлении конкурентоспособных высококачественных отливок изучение теоретических основ формирования свойств материалов и их взаимодействия с расплавом является основной базой при подготовке инженеров для литейного производства. Именно этим вопросам посвящен данный учебник. В нем в логической последовательности изложены сведения о современных наполнителях и связующих материалах, используемых при приготовлении формовочных и стержневых смесей. Рассмотрены механизмы образования и отверждения органических и минеральных связующих материалов разнообразных типов. Даны подробные сведения о противопригарных и вспомогательных материалах, приведены при
меры их применения при изготовлении отливок из черных и цветных сплавов. Описаны теоретические основы процессов смесеприготовления и методы их контроля. Рассмотрены современные технологии приготовления формовочных и стержневых смесей, их составы и свойства. Особое внимание уделено новым технологиям изготовления стержней, отверждаемых как в горячей, так и холодной оснастке. Даны теоретические основы регенерации формовочных песков. Представлены основные технологии регенерации песков и даны рекомендации об областях их применения. Для целенаправленного изучения изложенного в учебнике материала используются основные положения физической и коллоидной химии, химии полимеров, физики, математики. Кроме того, большинство сведений о фундаментальных основах синтеза формовочных и стержневых смесей, а также противопригарных покрытий базируется на классических трудах таких авторов литейного материаловедения, как П.П. Берг, И.В. Валисовский, Б.Б. Гуляев, С.С. Жуковский, А.М. Лясс. Материал книги соответствует программе дисциплины «Теория и технология литейного производства» для студентов вузов, обучающихся по специальности I36 02 01 «Машины и технология литейного производства». Учебник предназначен не только для студентов. Он будет полезен магистрантам и аспирантам, а также инженернотехническим работникам литейного производства. 4 Предисловие
Список основных сокращений АФЛ — автоматическая формовочная линия АФС — алюмофосфатная связка АХФС — алюмохромофосфатная связка БСК — бензосульфокислота БСКМ — бензосульфокислота в метаноле ВГС — водорастворимые гидролизные сахара ВМС — высокомолекулярное соединение ГВС — газовоздушная смесь ДМИА — диметилизопропиламин ДМЭА — диметилэтиламин ЕФС — единая формовочная смесь ЖСС — жидкая самотвердеющая смесь КМЦ — карбоксиметилцеллюлоза КО — кубовые остатки КПД — коэффициент полезного действия ЛСТ — лигносульфонат МДИ — метилендифенилдиизоцианат МСС — модифицированное силикатное связующее НФС — наполнительная формовочная смесь НЧК — нейтрализованный черный контакт ОЖСС — органическая жидкая самотвердеющая смесь ОФС — облицовочная формовочная смесь ПАА — полиакриламид ПАВ — поверхностноактивное вещество ПВБ — поливинилбутироль ПВС — поливиниловый спирт ПГС — песчаноглинистая смесь ПДК — предельнодопустимая концентрация ПК — порог коагуляции ПП — противопригарное покрытие ППП — потери при прокаливании ПСС — пластичная самотвердеющая смесь ПТСК — паратолуолсульфокислота ПФН — полифосфат натрия ПХБСК — парахлорбензолсульфокислота
РАС — рафинированный алкиларисульфонат САПР — система автоматизированного проектирования СБ — сульфонатная бражка СВЧ — сверхвысокая частота СДБ — сульфитнодрожжевая бражка СКТ — синтетический каучук термостойкий СПП — самовысыхающее противопригарное покрытие ТВЧ — токи высокой частоты ТМА — триметиламин ТЭА — триэтиламин ТЭН — термоэлектронагреватель ФХШ — феррохромовый шлак ХСЛ — химически стойкий лак ХТС — холоднотвердеющая смесь ХТСГ — холоднотвердеющая смесь с продувкой газообразным катализатором ЦПХ — цетилпиридиний хлорид ЭГЭ — электрогидравлический эффект ЭДА — этиленгликольдиацетат ЭДС — электродвижущая сила ЭМА — этиленгликольмоноацетат 6 Список основных сокращений
Введение Литейное производство является основной заготовительной базой современного машино, станко, автомобиле, тракторостроения. Сегодня трудно представить какиелибо отрасли, где отсутствовала бы необходимость в литых изделиях из различных сплавов. Поэтому неудивительно, что в вышеперечисленных отраслях промышленности доля литых изделий составляет 30…90%. Из всего объема отливок более 80% изготавливается в так называемых разовых формах, для получения которых ежегодно тратятся огромные количества самых разнообразных формовочных материалов, формирующих в конечном итоге качество отливок. И так было всегда, с первых шагов зарождения одной из древнейших на земле профессий — литейного производства, которое своими корнями уходит в глубокую древность. Изучение древних цивилизаций, существовавших в различных районах земного шара, показало, что литейное дело было известно человеку более 5 тыс. лет назад. Первые отливки изготавливали из бронзы, используя для плавки обычные костры, а литейные формы изготавливали путем выдалбливания в мягких каменных породах (известняк, песчаник и др.) полостей для отливки в них топоров, наконечников стрел, различных украшений. Развитие гончарного дела привело к появлению глиняной формы, что позволило изготавливать достаточно сложные отливки, так как с помощью лепки стало возможным усложнять форму литого изделия и даже украшать его орнаментом. В 3м тысячелетии до н.э. в Закавказье и долине реки Инд для получения в отливках отверстий и внутренних полостей стали применять стержни, которые также изготавливались из пластичной глины с последующей их прокалкой. Следующим крупным шагом в усовершенствовании литейной формы стало применение восковых моделей, положивших начало современным технологиям изготовления отливок в оболочковых формах. Изучение жизни и быта древних людей показало, что они были знакомы с литьем бронзы и меди еще во 2м тысячелетии до н.э. Особого искусства в изготовлении оружия и украшений из бронзы достигли литейщики народов, заселявших в ХVI в.
до н.э. территорию Закавказья. Литейщики древнего государства Урарту слыли большими мастерами художественного литья и домашней утвари еще в XI–X вв. до н.э. Большого расцвета достигло литейное ремесло в III–IV вв. до н.э. в Скифском государстве, где особенно широко применялось литье по выплавляемым моделям для получения художественных отливок и украшений. Скифы применяли и постоянные каменные формы для литья наконечников стрел. Принятие христианства в конце X в. послужило новым толчком в развитии литейного ремесла на Руси. При княжеских дворах, в монастырях появились мастерские, где отливали колокола, кресты, подсвечники и другие предметы церковного обихода. Наряду с этим для защиты феодальных княжеств и монастырей изготавливали оружие (топоры, секиры, ножи, наконечники стрел и копий). С образованием Московского государства получило развитие производство пушек и колоколов. Именно в это время появились шедевры литейного искусства — «Царьпушка», отлитая А. Чоховым в 1586 г. (масса 40 т, длина 5,34 м, масса ядра 2 т), «Царьколокол», отлитый отцом и сыном Моториными в 1735 г. (масса 205 т). Процесс изготовления форм для получения этих отливок уже содержал элементы современных технологий, а именно: специальные формовочные и стержневые смеси, выплавляемые модели, формовка по шаблонам с горизонтальной и вертикальной осями вращения и др. Именно это позволило не только получать высокое качество поверхности литых изделий, но и гарантировать требуемое звучание колоколов. Дальнейшее развитие литейного производства было связано с появлением чугуна, который был известен в Китае более 1000 лет назад, а в Европе стал применяться только в XI–XIV вв., когда начали строить маленькие шахтные печи, так называемые домницы. Свидетельством столь давнего использования чугуна в Китае служит дошедшая до нашего времени уникальная чугунная отливка — «Царьлев», изготовленная в 954 г. (высота отливки более 5,5 м, длина более 5 м, масса около 100 т). Между ногами литого гиганта свободно проезжала лошадь, запряженная в телегу. В начале XVI в. в Москве отливали чугунные ядра, а при Иване Грозном началось производство чугунных пушек и колоколов. В Петровскую эпоху была создана чугунолитейная про8 Введение
мышленность на Урале, в центральных областях России, вблизи Петербурга. В это же время появились первые чугунолитейные мастерские на территории нынешней Беларуси. Благодаря появлению в конце XVIII — начале XIX в. шахтных печей Батышева (прототип современной вагранки) литейное производство практически отделилось от металлургии и превратилось в заготовительную базу при производстве котлов, станочного, кузнечного, прокатного оборудования и т.д. В этот период (1873) была изготовлена самая крупная в мире чугунная отливка — шабот кузнечного молота массой 620 т. Для этого вокруг формы было построено 14 вагранок, из которых чугун выпускался непосредственно в форму. Отливка остывала в форме 5 месяцев. В историю развития литейного производства XVIII в. вошел не только как качественно новый этап в организации и изготовлении промышленных отливок. Он заложил основы развития крупного статуарного литья, начало которому положил Петр I, уделявший исключительно большое внимание украшению СанктПетербурга. Для развития художественного литья он приглашал иноземных мастеров, среди которых были Ф. Шпекле и К.Б. Растрелли. В 1764 г. в СанктПетербурге при Академии художеств создается «Литейный дом», где получила образование замечательная плеяда русских мастеров статуарного литья: В. Можалов, И. Баженов, В. Екимов, Н. Бирюков. Василий Екимов был одним из выдающихся мастеров и создал шедевры статуарного литья. Это прежде всего памятник великому русскому полководцу А.В. Суворову, отлитый в 1801 г. по проекту М.И. Козловского, монументальный памятник Минину и Пожарскому по проекту скульптора И.П. Нартоса, установленный в 1818 г. в Москве на Красной площади, статуя Самсона по проекту М.И. Козловского (1801), установленная в Петергофе, и многие другие. Значительное влияние на развитие художественного литья оказал скульптор Э.М. Фальконе — создатель знаменитого «Медного всадника» — конной скульптуры Петра I, над которой он работал в течение 12 лет (1766–1778). Последним талантливейшим скульпторомлитейщиком при Литейном доме Академии художеств был П.К. Клодт, создавший множество великолепных скульптур. Среди них памятник Н.М. Карамзину, установленный в Симбирске, скульптурные конные группы на Аничковом Введение 9
мосту в СанктПетербурге, памятник князю Владимиру в Киеве и баснописцу В.А. Крылову в Петербурге и др. Всемирную известность русские литейщики приобрели в 1900 г., когда на Всемирной выставке в Париже высшую награду получил литой ажурный павильон, изготовленный на Каслинском заводе (Урал). Высота павильона 5 м. Сооружение состоит из 10 тыс. литых деталей, сочетавших мотивы многих национальных искусств. Этот павильон сохранился до сих пор и экспонируется в галерее искусств Екатеринбурга. Уникальными литыми скульптурами и решетками славятся СанктПетербург и его окрестности, а также многие города России и Беларуси. Можно привести еще множество подобных примеров, но тем, кто заинтересован в изучении этого вопроса, лучше всего обратиться к весьма интересным литературным источникам [1, 15, 17, 19]. Что касается развития литейного производства на территории Беларуси, то, несмотря на то что еще во II–III вв. здесь производилось кричное железо, понастоящему литейные технологии получили развитие после Второй мировой войны, когда началось формирование в республике автомобилеи тракторостроения. Именно в этот период были построены мощные литейные комплексы минских тракторного и автомобильного заводов, Гомсельмаша, Гомельского завода «Центролит» и т.д. Общий объем производства отливок белорусских литейных цехов в 1980 г. превысил 1,2 млн т в год, что вывело республику на одно из первых мест в мире по выпуску отливок на одного жителя. Этот относительный показатель характеризует не только мощность республиканского литейного производства, но и его широкие возможности по изготовлению как литых заготовок, так и самых разнообразных художественных отливок. В настоящее время производственные мощности более чем 100 литейных участков, цехов и заводов Беларуси находятся на уровне 550 тыс.т отливок в год, в том числе чугунных — около 75%, стальных — около 19%, отливок из цветных сплавов — около 6%. Для того чтобы отливки отечественных производителей были конкурентоспособными не только в СНГ, но и в дальнем зарубежье, необходимо стремиться к повышению их качества и точности. Качество отливок зависит от двух основных параметров — физикомеханических свойств сплавов и точно10 Введение
К покупке доступен более свежий выпуск
Перейти