Лабораторная работа №1 Приготовление единичное формы и технология заливка чугунных сплавов

Анализ результатов эксперимента
Производится анализ полученных данных, дается оценка и объяснение результатам экспериментов.


Указания по составлению отчета
Содержание отчета:

3. 
   Описать порядок разработки технологического процесса изготовления отливки в опоках.
   
4. 
   Описать операции изготовления формы.
   

Контрольные вопросы

4. 
   В чем сущность литейного производства?
   
5. 
   Что такое литейная форма?
   
6. 
   Что называется отливкой?
   

4. Что такое литейная оснастка, модельный комплект, формовочныйкомплект?

5. 
   Что такое модель отливки и для чего она используется?
   
6. 
   Как изготавливаются полости и отверстия в отливках?
   
7. 
   Каково назначение стержневых знаков?
   
8. 
   Для чего используется литниковая система и из каких элементов она состоит?
   
9. 
   Что такое опоки и для чего они используются?
   

10. 
    Назовите основные литейные свойства сплавов.
    
11. 
    Как учитывается усадка при изготовлении литейной формы?
    
12. 
    Из чего состоят формовочные и стержневые смеси и чем ониотличаются?
    

13. 
    Назовите основные свойства формовочных смесей.
    
14. 
    В чем различия между чертежами детали, детали с элементами литейной формы, отливки, модели?
    
15. 
    Для чего назначаются припуски на механическую обработку?
    
16. 
    Для чего назначаются литейные уклоны?
    
17. 
    Какова последовательность разработки чертежа детали с элементами литейной формы?
    
18. 
    Какова последовательность изготовления литейной формы?
    

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8-9
Изучение конструкции и работ индукционных печей


Для плавки чугуна на твердой завалке широко применяют тигельные индукционные печи. Такие печи удобны в эксплуатации, в них легко получать различные чугуны, область их применения за последнее время значительно расширилась.
Технологический процесс плавки в индукционной печи включает следующие операции: загрузку шихты, нагрев и расплавление ее, перегрев, науглероживание и доведение химического состава чугуна до заданного, а также термовременную обработку (выдержку). Загружаемая шихта частично погружается в расплав, создавая сплошную электропроводную среду, в которой индуктором наводятся вихревые токи. Загрузка в жидкий металл (остаток от предыдущей плавки, называемый зумпфом или «болотом») необходима потому, что при использовании электрического тока промышленной частоты в дискретных элементах шихты наведение вихревых токов малоэффективно. Вихревые токи разогревают металл, и он плавится. Масса зумпфа доходит до 50 % от общей массы металла в печи (емкости печи) и соответственно влияет на длительность периодов плавки. При этом загрузка в «болото» может осуществляться в несколько стадий. Так, при плавке в печи с массой садки 12 т и зумпфе массой 5 т соблюдается такая последовательность и длительность периодов: загрузка 5 - 6 т шихты (кроме возврата) 15 минут; расплавление 1 час 5 минут; доводка химического состава 40 минут; загрузка возврата (2 т) 10 минут; расплавление возврата 15 минут; доводка по температуре, скачивание шлака 25 минут.
Тигельные индукционные печи. Индукционные тигельные печи и миксеры промышленной частоты работают по принципу трансформатора без железного сердечника, первичной обмоткой которого является многовитковая катушка – индуктор, вторичной обмоткой и одновременно нагрузкой – расплавляемый металл.
Тигельные индукционные печи, имеющие значительную удельную мощность, применяются для плавки, а миксеры применяются для сохранения температуры и доводки металла по химическому составу; при необходимости металл в миксере может быть перегрет на 100°.
Принцип работы печи основан на поглощении электромагнитной энергии металлической шихтой, которая заложена в тигель, помещенный в переменное магнитное поле. Нагрев и расплавление шихты происходят в результате наведения электрического тока и выделения тепла в кусках шихты.

Плавильным пространством печи является тигель 3, выполняемый обычно набивкой непосредственно в самой печи. В качестве набивочных материалов для изготовления тигля применяют кислые, основные и нейтральные огнеупорные массы.
Рабочее пространство печи закрывается крышкой 6 из немагнитной стали, футерованной изнутри огнеупорным бетоном и теплоизолирующим материалом. Крышка снабжена механизмом подъема и поворота с ручным приводом рычажного типа. Загрузка шихты в печь производится сверху.
Токоподвод к печи осуществляется гибкими водоохлаждаемыми кабелями. Регулирование мощности печи производится автоматически регулятором электрического режима. Для управления наклоном печи предусмотрен пульт управления.
Футеровка тигельных печей. Плавильное пространство индукционной печи выполняется в виде тигля, изготовляемого из специальной огнеупорной массы. Операции набивки тигля должны выполняться с особой тщательностью и с применением химически чистых материалов. Высокие требования к качеству изготовления тигля объясняются тем, что тигель работает в неблагоприятных условиях: внутренняя поверхность тигля обогревается жидким металлом и имеет его температуру, а наружная поверхность соприкасается с индуктором, охлаждаемым водой. Помимо этого, обычно в металлургических печах футеровка выполняется в кожухе печи. Здесь же все усилия, возникающие в процессе плавки, воспринимаются свободно стоящим тиглем.
Для футеровки индукционных тигельных печей применяется кварцевый песок либо молотый кварцит. В качестве связующей добавки применяют борную кислоту, которая является плавнем и обеспечивает быстрое спекание футеровки.
Технология выполнения футеровки включает следующие операции: подготовку материалов; заливку подины жароупорным бетоном; приготовление футеровочной массы; набивку тигля; спекание тигля; выкладку воротника; футеровку крышки.
Кварцевый песок (либо молотый кварцит) должен содержать менее 95% двуокиси кремния (Si0₂). Песок должен содержать более 0,25–0,50% остаточной влаги, и для предупреждения •включений железа подвергается магнитной сепарации. Затем песок рассеивают на фракции: 2–3 мм – 35%; 1 – 0,75 мм – 20% и менее 0,75 мм – 45%.
Потребное количество песка каждой фракции засыпают в тщательно очищенный смеситель, где песок перемешивается в течении 10–15 мин, затем добавляют борную кислоту в количестве 2–2,5%, и смесь перемешивается еще 10 мин. Приготовленная таким образом масса должна быть сразу использована. В случае приготовления массы впрок смешанные фракции песка упаковывают в мешки и хранят в сухом месте, а борную кислоту вводят перед употреблением массы.
Полезный объем тигля, занимаемый жидким металлом:
, (2.1)
где V_т – полезный объем тигля

G – емкость тигля печи, т

ν – плотность расплава, т/м³
 м³.
Для печи емкостью 6 т принимаем А = 0,95

Средний (внутренний) диаметр тигля составляет:
; (2.2)
 м.
Высота металла в тигле (садка):

h₂=  ; (2.3)


h₂= м.

Внутренний диаметр индуктора: 
d₁=d₂  , (2.4)
где δ_ф – толщина футеровки, 

δ_из – толщина изолировки (δ_из=0,01м).
δ_ф=0,08 ; (2.5) 
δ_ф=0,08 =0,12 м;
d₁=1,04+2·0,12+2·0,01=1,3 м.
Средняя толщина стенки тигля 0,105 м.

Высота внутренней полости тигля: 
h_т=(1,2÷1,4)h₂ ; (2.6)


h_т=1,3·1,066=1,38 м.
Высота индуктора без учета холостых витков:
h₁=h₂·k₂, (2.7)
где k₂ – относительная высота индуктора, которая обычно в тигельных печах имеет значение 1,0÷1,2.
h₁ = 1,066·1,1=1.17 м.
2.2 Тепловой расчет печи
Задачей расчета является определение температуры наружной поверхности футеровки, расчет тепловых потерь и теплового к. п. д. печи.

Для выполнения данного расчета необходимы геометрические параметры печи, определенные в предыдущем разделе, а также некоторые данные:

– состав футеровки и тип тепловой изоляции, что обоснованно подбирается с учетом практики эксплуатации индукционных печей, условий технологического процесса и свойств используемых материалов;

– толщина отдельных слоев футеровки и теплоизоляции, что также подбирается с учетом практических данных и некоторым результатам предыдущих расчетов:

– теплофизические характеристики отдельных слоев футеровки и теплоизоляции:

Республика Узбекистан