Литье

Литьё - технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом , пластмассой , некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердевания изделий.

Известно множество разновидностей литья:

• в песчаные формы (ручная или машинная формовка);
• в стержневые формы
• в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы);
• в оболочковые формы;
• по выплавляемым моделям;
• по замораживаемым ртутным моделям;
• центробежное;
• литьё под давлением;
• по газифицируемым (выжигаемым) моделям;
• вакуумное литьё.

При наиболее распространённом литьё в песчаные формы изготовляется литейная модель (ранее - деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ею и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу. Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия - литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), проводят термообработку , а затем красят. Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, полученные с использованием литья.

Литьё в песчаные формы

Литьё в песчаные формы - дешёвый, самый грубый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего.

Литьё в кокиль

Литьё металлов в кокиль - более качественный способ. Изготавливается кокиль - разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Литьё под давлением

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30-50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм. Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготовляют литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких грамм до нескольких десятков килограмм. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД:

• Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условия массового и крупносерийного производств.
• Минимальные припуски на мехобработку или не требующие иной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону.
• Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили.
• Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.

Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки:

• Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы.
• Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затрудненными условиями питания в процессе затвердевания.
• Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы. Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие:

• давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• скорость прессования;
• конструкция литниково-вентиляционной системы;
• температура заливаемого сплава и формы;
• режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих основных параметров, добиваются снижения негативных влияний особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются следующие традиционные конструкторско-технологические решения по снижению брака:

• регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
• повышение давление на металл во время заполнения и подпрессовки;
• рафинирование и очистка сплава;
• вакуумирование;
• конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нетрадиционных решений, направленных на устранение негативного влияние особенностей ЛПД:

• заполнение формы и камеры активными газами;
• использование двойного хода запирающего механизма;
• использование двойного поршня особой конструкции;
• установка заменяемой диафрагмы;
• проточка для отвода воздуха в камере прессования;

Литьё по выплавляемой модели

Ещё один способ литья металлов - по выплавляемой модели - применяется в случаях, когда дальнейшая механическая обработка детали нежелательна (например, лопатки турбин, и т. п.) Из легкоплавкого материала (в простейшем случае - из воска) изготавливается точная модель изделия. Затем модель покрывается слоями тугоплавкого лака - от 3 до сотни слоёв. Сушка каждого слоя лака занимает не менее получаса. После чего из образованной лаком формы выплавляют легкоплавкий материал модели, затем заливают расплавленный металл. Когда деталь застынет, её извлекают, раскалывая лаковую оболочку.

В силу длительности и дороговизны всего процесса применяют только для очень ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым восковым моделям базируется на следующем основном принципе:

Копия или модель конечного ювелирного изделия изготавливаются из воска.

Эта модель окружается кремообразной гипсовой массой, которая затвердевает и образует форму.

При последующем нагревании (прокалке) формы восковая модель расплавляется и удаляется.

Литьё по газифицируемым (выжигаемым) моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн. т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения ЛГМ - отливки массой 0,1-2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40-1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

• кварцевого песка - 50 кг,
• противопригарного покрытия - 25 кг,
• пенополистирола - 6 кг,
• плёнки полиэтиленовой - 10 кв.м.

Отсутствие традиционных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его использованием на 95-97 %.

См. также

• Литейное производство

Литье металла – это востребованный технологический процесс, который позволяет изготавливать металлические изделия нужной формы. Проводится отливка из разных сплавов, обладающих той или иной степенью жидкотекучести в расплавленном состоянии.

Такой способ выполнения позволяет выпускать качественную продукцию без применения громоздкого оборудования и огромного количества работников. На современном рынке эта технология пользуется огромным спросом, а также входит в десятку самых эффективных и применяемых в мире.

Общие сведенья

В процессе производства проводится заливка расплавленного материала в специальные формы. После охлаждения он принимает нужную форму и подвергается последующей обработке. Используются такие изделия в различных отраслях экономики:

• автомобилестроение;
• авиационная промышленность;
• машиностроение;
• стоматология;
• ортопедия;
• ювелирное производство.

Для разных видов сплавов используется определенная технология литья, позволяющая добиться нужных качеств в готовом изделии и избежать брака. Для литейного производства используются разные виды компонентов. Они обладают высоким показателем жидкотекучести. Это свойство сплава определяется:

• химическим составом;
• структурой металлического сплава;
• температурой плавления.

Наиболее востребованными в промышленности являются металлы, имеющие низкую температуру плавления, так как их производство менее затратное. Чем ниже температура плавления материала, тем легче производится его отливка.

Металлы для заливки

В нужную форму специалисты могут отлить любой подготовленный сплав в расплавленном состоянии. Проблема состоит в том, что каждый вид материала имеет свою особенную температуру плавления и разную степень жидкотекучести. Чаще всего в промышленном литье используются металлы с низкой температурой плавления.

Компоненты, пригодные для литья, разделяют на черные, цветные и редкоземельные.

К черным относятся сталь, литейный и чугун. Все остальные сплавы относят к цветным и редкоземельным.

Для каждого вида сплавов используются специальные методы литья, позволяющие изготавливать изделия из следующих материалов:

• стали;
• чугуна;
• алюминия;
• меди;
• латуни;
• золота;
• серебра;
• платины;
• никеля;
• титана;
• бронзы;
• магния.

За все время существования литейного производства было разработано много разных технологических решений с разными условиями отливки.

При отливке изделий из черных металлов используют с разным содержанием углерода. Изделия с повышенной прочностью отливают из .

Это самый распространенный материал, который используется для промышленной заливки.

Методы литья деталей

Для производства деталей станков и иной продукции используется обычный ковкий чугун и чугун перлитный, обладающей хорошей пригодностью к обработке.

Литейный чугун, который используется в разных сферах производства, делят на четыре вида:

• белый;
• серый;
• отбеленный;
• половинчатый.

Его отливка отличается низкой себестоимостью, сам материал имеет небольшую прочность и обрабатывается при помощи обычного резания.

Более прочным материалом для оливки считается чугун, в состав которого входит шаровидный графит.

Широко применяются для заливки сплавы цветных металлов, прежде всего и алюминий. Они отличаются высокой устойчивостью к коррозии и стоят недорого.

Самой дорогой считается технология производства титанового сплава, требующая соблюдения особенных условий заливки и остывания. Такой редкоземельный сплав используется для высокотехнологичных отраслей экономики, таких как авиакосмическая индустрия или медицина.

Сплавы драгоценных металлов используются при отливке ювелирных, медицинских изделий или деталей для электроники.

Литьё металла

Способы отливки изделий из металлических сплавов

Современное литейное производство кроме традиционной технологии заливки жидкого металла в песчаные формы применяют и другие высокотехнологичные, производительные способы литья:

• вакуумный;
• центробежный;
• под давлением;
• центробежный;
• оболочковый;
• многократный;
• ртутный;
• по выплавляемым моделям;
• электрошлаковый.

Высокотехнологичные виды литья позволили создавать металлические изделия с определенными качествами при высокой производительности труда и минимальном браке.

Чаще всего сегодня в промышленных масштабах используются следующие технологии производства:

• в металлические формы (коколь);
• статическое литье;
• отливка под давлением;
• в оболочковые формы;
• в выплавляемые модели.

При выполнении статической заливки используются неподвижные формы, в которые разливают жидкий металл. Готовые изделия достают после того, как они остынут в неподвижной модели.

Производство титана

Для изготовления высокопрочных сплавов из титана и стали применяют вакуумную отливку, позволяющую снизить в металле содержание газов. Таким способом создают более плотную структуру металлического сплава с помощью плавления в вакууме. Затем горячий металл разливают в многократные емкости, в которых он остывает.

При введении технологии отливки под давлением применяется специальное оборудование, с помощью которого заполняют пресс-формы жидким металлом. Он подается под высоким давлением в диапазоне 7–700 МПа.

Такой способ производства выполняется машинами горячего или холодного прессования.

Выполняется эта технология для заливки алюминиевых, медных, цинковых и оловянно-свинцовых сплавов. Все эти металлы обладают низкой температурой плавления, что увеличивает технологические характеристики изделий из них.

Холодные и горячие способы литья под давлением позволяют получать изделие с идеально точными размерами и ровной поверхностью, которую не нужно после завершения процесса дополнительно обрабатывать.

Такая технология позволяет повысить производительность труда. А также она сокращает время всего технологического цикла, упрощает изготовление металлического изделия. У нее имеются также недостатки, к которым относится невозможность производить продукцию сложной конфигурации, так как они могут при вынимании из пресс-формы деформироваться. Таким способом производят только металлическую продукцию, имеющую небольшой диаметр.

При центробежном литье применяются специальные вращающиеся в горизонтальной или вертикальной плоскости формы.

Действие центробежных сил обеспечивает равномерное заполнение всех полостей в отливочной форме. Внедряется такая технология отлива при производстве труб, втулок или металлических дисков. А также ее применяют при отливке ажурных ювелирных изделий.

Издержки процессов

Для уменьшения убыточности процесса обычные способы литья в одноразовые модели были модернизированы с созданием высокопрочных полимерных составов. Для этого стали производить отливку в оболочковые емкости, изготовленные из термореактивного порошкообразного полимера. Он при воздействии температуры превращается в твердую оболочку, формирующую жидкий сплав.

Таким способом отливаются радиаторы водяного и парового отопления, узлы автомобилей, станков, самолетов и других видов высокотехнологичных механизмов. Эта технология позволяет получать детали большого размера и любой сложной модификации.

Традиционной считается отливка в кокиль, когда используется прочная форма.

Из нее вытаскивается деталь после отвердения металла. Таким способом производят простые стальные изделия небольшого размера. Чаще всего в кокиль отливаются медные и алюминиевые сплавы с невысокой температурой правления.

Модель для них делается из жаропрочной стали или чугуна, имеющих боле высокую температуру плавления чем медь или алюминий.

К преимуществам такой технологии следует отнести:

• невысокую себестоимость производственного процесса и возможность его недорогой автоматизации;
• простоту исполнения;
• сохранность отливочных форм, которые используются неоднократно;
• точность параметров изготовленных изделий;
• качественную структуру металла, в которой не будет неметаллических частиц;
• гладкую поверхность изделия, которая получается при таком способе отливки.

Традиционная технология отливки по выплавляемым моделям сегодня усовершенствовалась благодаря появлению новейших материалов.

Если раньше модель для заливки сплава делали из дерева или иной органики, которая могла быть разрушена высокими температурами при выжигании, то сегодня используются легкоплавкие материалы, такие как парафин и стеарин.

Отливка по выплавляемым моделям применяется при отливке художественной продукции со сложной конфигурацией. Это затратная технология отлива, которая используется при создании памятников или иных художественных изделий.

Стальную емкость для такой заливки делают на основе моделей из легкоплавких материалов, она имеет точные размеры, а ее поверхность тщательно полируют.

Виды отливочных форм

Для литья металлов пускают в ход разные емкости, которые разделяют на песочные, применяемые только один раз во время оливки, а также многократные. Многоразовые отливочные емкости делают из разных материалов:

• чугуна;
• жаропрочной стали;
• огнеупорной керамики;
• графита.

Широко распространены чугунные кокили и изложницы. При изготовлении продукции из алюминия, меди и других цветных сплавов выполняют металлические формы из чугуна, меди и латуни.

Такое решение было принято давно, оно позволяет легко проводить подготовку материалов к основному процессу. Сам процесс длится недолго, модели выходят высокого качества. При выполнении этой технологии привлечение большого количества рабочих не требуется.

Металлические отливочные емкости бывают открытыми и закрытыми. Открытые – это изложницы, а закрытые – кокили. В закрытых емкостях имеется полость, повторяющая размеры выплавляемой детали. Заливка жидкого металла в них проводится через специальное отверстие.

Оболочковые отливочные емкости используются при заливке сплавов цветных и драгоценных металлов, а также изделий из стали. Для отливки сплавов цветных металлов их делают из порошкообразного диоксида кремния или гипса.

При изготовлении продукции из золота, платины и серебра пресс-форму делают из легкоплавкого материала, который заполняется ртутью, парафином или пластмассой, что позволяет создавать продукт сложной конфигурации небольшой толщины.

Настолько щепетильная работа требует от всего персонала высокой точности и квалификации. Каждый этап производства проводится в оптимальных условиях, способствующих выходу только качественной продукции.

Видео: Отливка деталей в песчаные формы на заводе Амурский металлист

К атегория:

Литейное производство

Cпециальные способы изготовления отливок

В современном литейном производстве широко применяются прогрессивные специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением. Главным преимуществом их по сравнению с литьем в песчаные формы является то, что они дают возможность получать отливки более точные по размерам и конфигурации, с меньшей шероховатостью поверхностей, в результате чего уменьшается, а в некоторых случаях полностью исключается их механическая обработка. Кроме того, эти способы позволяют максимально механизировать и автоматизировать технологические процессы и тем самым повысить производительность труда.

1. Литье в оболочковые формы

Этот прогрессивный способ изготовления отливок был впервые внедрен в 1953 г. на Кировском заводе, а затем и на многих других предприятиях Ленинграда. В настоящее время в специализированном цехе Тихвинских производств объединения «Кировский завод» более 40 наименований деталей из стали и чугуна для трактора «Кировец» изготовляются способом литья в оболочковые формы.

Большой вклад в развитие этого прогрессивного способа получения отливок, в его механизацию внес ленинградский проектно-технологический институт ВПТИ электро.

Сущность процесса и области применения. Литьем в оболочковые формы изготовляют различные детали двигателей, насосов, вентиляторов, текстильных машин, коленчатые валы и др. Максимальные габаритные размеры отливок - до 1 м, масса - до 200 кг.

Сущность процесса основана на свойстве термореактивных смол, входящих в состав песчано-смоляных смесей, быстро и необратимо отверждаться под воздействием тепла нагретой до температуры 200-250 °С модельной оснастки.

Рис. 1. Схема изготовления оболочковых полуформ.

После соответствующей выдержки (в течение 20 с или несколько более, в зависимости от требуемой толщины оболочки) термореактивная смола плавится и связывает отдельные зерна песка, образуя на моделях и плите полу-отвержденную оболочку. После возвращения бункера в исходное положение не успевшая прогреться смесь ссыпается в бункер (рис. 1, в). Модельная плита открепляется и вместе с образовавшейся оболочкой на 1-2 мин помещается в электрическую печь, нагретую до температуры 325-375 °С, для окончательного отверждения оболочки.

Остывшая оболочка с помощью толкателей снимается с модельной плиты и спаривается со второй оболочковой полуформой, изготовленной аналогичным способом. Оболочковые полуформы скрепляются скобами, струбцинами или - при массовом производстве - склеиваются различными клеями на специальном оборудовании. Собранные формы устанавливают в металлический короб, для упрочнения их засыпают металлической дробью и подают на заливку.

Материалы для оболочек. Для изготовления оболочковых форм применяют пески, термореактивные смолы, увлажнители, растворители, разделительные составы, клеи и различные добавки.

Пески. Обычно используются обогащенные или природные кварцевые пески классов 061 К, 062К, ОбЗК и 1К зернистостью 02А (Б), 016А(Б) или 01А(Б). Для ответственных отливок применяют также цирконовые пески.

Рис. 2. Схема установки под заливку собранных полуформ в металлических коробах.

Термореактивные смолы. Связующими материалами являются фенолформальдегидные смолы: ПК-Ю4 - в виде порошка, СФ-010 и СФ-015- в виде чешуек. Порошок ПК-104 наиболее универсален. Он используется в песчано-смоляных смесях механического смешения при холодном и теплом плакировании. Смолы СФ-010 и СФ-015 применяются только при горячем плакировании.

Плакирование -покрытие зерен песка тонкой пленкой связующего - осуществляют с целью его экономии и улучшения качества смесей, а также для возможности их использования при пескодувных и пескострельных процессах.

Увлажнители служат для предотвращения расслоения смеси, а также ее пыления в процессе использования. Обычно это керосин или веретенное масло, которое вводят в смесь в количестве 0,3-0,5% от ее массы.

Разделительные составы применяют для устранения прилипания отвержденных оболочек к поверхности модельной оснастки. На поверхность оснастки их наносят кисточкой или пульверизатором.

Песчано-смоляные смеси могут быть механическими и плакированными. Первые состоят из песка, порошкообразной смолы и увлажнителя. Все составляющие смеси перемешиваются в лопастных смесителях или бегунах.

Плакированные смеси готовятся несколькими способами: холодным, теплым и горячим. При холодном плакировании сухой песок смешивают со смолой и растворителем одновременно, затем вводят добавки и продувкой холодным воздухом удаляют растворитель. Теплое плакирование отличается от холодного тем, что песок предварительно подогревают до температуры 80 °С или смесь продувают не холодным, а нагретым до 70-80 °С воздухом. При горячем плакировании предварительно нагретый до температуры.

Применение оболочковых форм эффективно только при комплексной механизации и автоматизации технологического процесса.

2. Литье по выплавляемым моделям

Литье в формы, получаемые по выплавляемым моделям, - один из наиболее древних способов изготовления отливок. Он применялся для отливки скульптур, памятников, украшений, предметов домашнего обихода и орудий труда. В промышленности этот способ начал использоваться в сороковые годы для изготовления деталей из сплавов, не поддающихся обработке давлением и резанием.

В настоящее время - это высокомеханизированный и автоматизированный процесс, широко применяемый в различных отраслях промышленности, в том числе и на ленинградских предприятиях.

На заводе турбинных лопаток впервые в стране был налажен выпуск литых лопаток для паровых и газовых турбин. Прогрессивный способ внедрен в объединении имени Карла Маркса, на заводе имени Воскова и ряде других предприятий. Этим способом изготовляют отливки массой от 10 г до 100 кг с минимальной толщиной стенок 0,7-1 мм. Точность размеров литых заготовок соответствует 5-6-му классам, а шероховатость поверхности - 4 6-му классам, что позволяет отливать заготовки с минимальными припусками (0,2-0,7 мм) под шлифовку и полировку.

Сущность процесса заключается в следующем. По разъемным пресс-формам из легкоплавких модельных составов, обычно состоящих из парафина, стеарина, буроугольного и торфяного восков и других компонентов, выполняют разовые модели и литниковые системы. После полного застывания и затвердения их извлекают из пресс-формы и собирают в модельные блоки. На рис. XII 1.3, а показан такой блок, собранный на металлическом стояке из отдельных модельных звеньев, с литниковой воронкой. Нижнюю часть стояка закрывают колпаком (из того же состава), припаиваемого к нижней модели звена.

При серийном и мелкосерийном производстве способ сборки модельных комплектов иной. Литниковую чашу и питатель-шлакоуловитель изготовляют по пресс-форме преимущественно из возврата модельного состава. На моделях зачищаются швы и посадочные торцы. Нагретый паяльный ноле (тонкую металлическую пластинку) накладывают на питатель, а поверх ножа устанавливают модель. После оплавления участка на питателе и посадочном торце модели нож удаляют и модель припаивают к питателю.

Рис. 3. Схема собранного модельного блока.

На собранные таким образом модельные блоки наносят несколько (три-четыре) слоев огнеупорного покрытия, каждый из которых состоит из слоя огнеупорной суспензии, обсыпанной кварцевым песком. Огнеупорная суспензия состоит примерно из 35% (по массе) гидролизованного этилсиликата и 65% пылевидных огнеупорных материалов. Этилсиликат - эфир ортокремниевой кислоты (C2H50)4Si - играет роль связующего благодаря способности в присутствии воды выделять гель - кремнезем в виде студенистого осадка, обволакивающего и скрепляющего зерна кварца в монолитную массу.

В зависимости от материала модели удаляют из оболочки горячей воде, с помощью пара или нагретого воздуха.

Основные материалы для изготовления моделей и форм. В зависимости от требований, предъявляемых к точности размеров отливок и к шероховатости поверхностей, их изготовляют из различных модельных составов: легкоплавких - на основе восков, тугоплавких - на основе смол и солевых - на основе карбамида (технической мочевины).

Крупные отливки и отливки высокой точности, какими являются, например, турбинные лопатки, выполняют из модельного состава КС 80-20, а менее ответственные при механизированном процессе - из составов ПС 50-50, Р-3 и др.

Для образования керамической формы, обладающей термической стойкостью при прокалке и заливке, применяют следующие формовочные материалы:
— для приготовления суспензии - пылевидные материалы - искусственный и плавленый кварц, микропорошки электрокорунда и др.;
— для обсыпки блоков после окунания в суспензию - кварцевые пески, электрокорунд, циркон, силлиманит и др.

Наполнителем служат кварцевый песок, шамотная крошка и др.

При приготовлении суспензии в качестве связующих используют этилсиликат марок 32 и 40 с содержанием Si02 соответственно 32 и 40%, а в качестве растворителя при его гидролизе - этиловый и гидролизный спирт.

Модели изготовляют по металлическим пресс-формам (из стали и алюминиевых сплавов), у которых рабочие поверхности имеют высокую размерную точность и низкую шероховатость.

В последнее время процессы литья по выплавляемым моделям механизированы и автоматизированы. Так, автоматизированы операции изготовления моделей, нанесения покрытий, выплавки моделей из оболочек, сушки, формовки, прокалки.

3. Литье в металлические формы-кокили

Литье в металлические формы - прогрессивный способ получения мелких и средних отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, чугуна, стали в серийном и массовом производстве.

По сравнению с литьем в песчаные формы он имеет ряд преимуществ: трудовые затраты на изготовление отливок сокращаются более чем в 2 раза, их себестоимость снижается на 15-25%, съем отливок с формовочных площадей увеличивается более чем в 2 раза, брак сокращается в несколько раз.

Сущность процесса. Для получения фасонных отливок сплав заливают в металлические (в основном из чугуна и стали) формы, которые выдерживают от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч заливок.

Качество отливок и экономичность процесса во многом зависят от технологичности их конструкции, которая должна иметь простую конфигурацию, что облегчает изготовление металлической формы без резких переходов от толстых стенок к тонким, без выступающих частей, острых углов и – кромок, углублений и поднутрений, препятствующих усадке и удалению отливки из форм; иметь необходимую толщину стенки, обеспечивающую возможность заполнения формы.

Типы металлических форм. В зависимости от конструкции литых деталей, материала и принятой технологии изготовления отливок металлические формы могут, быть: неразъемными (вытряхными), разъемными -с горизонтальным разъемом, с несколькими разъемами, с вертикальным разъемом, со сложной плоскостью разъема.

Заготовки металлических форм чаще всего выполняют из серого чугуна СЧ18-36, высокопрочного - марки ВЧ50-2, а также ц3 стали марок 25Л и 35Л.

Цапфы, ручки и шайбы изготовляют из углеродистых сталей стержни - из углеродистой марок У7 - У10, а теплоотводящие вставки - из меди марки М-1.

Рис. 4. Типы литейных металлических форм.

В зависимости от требований к точности размеров и шероховатости рабочих поверхностей формы они могут быть получены литьем или механической обработкой. Последняя обходится значительно дороже и осуществляется при литье из цветных сплавов.

Для увеличения стойкости форм на их рабочие поверхности наносят защитные покрытия, которые также уменьшают отбел отливок из серого чугуна. При изготовлении чугунных и стальных отливок на рабочие поверхности наносят облицовочный слой и затем окрашивают их; при отливках из легких сплавов достаточно одной окраски.

Для повышения стойкости форм их подогревают до температуры 200 °С при отливках из медных и алюминиевых сплавов, до 250 °С - из магниевых и до 300 °С - чугунных. После подогрева форм и нанесения на них защитных покрытий приступают к их сборке и заливке.

Для механизации и автоматизации процессов изготовления отливок в металлических формах широко применяют станки с ручным и механическим приводами, индивидуальные полуавтоматические машины, карусельные станки и автоматизированные линии

4. Центробежное литье

При центробежном литье заливка жидкого сплава производится в быстровращающиеся металлические формы, при этом сплав под воздействием центробежных сил оттесняется к стенкам формы. Наружная поверхность отливки оформляется стенками формы-изложницы, а внутренняя образуется под действием центробежных сил и сил тяжести.

Рис. 5. Схемы центробежного литья.

Возникающие при вращении жидкого сплава в изложницах центробежные силы способствуют хорошему заполнению форм сплавом, уплотняют ее структуру и одновременно перемещают на внутреннюю поверхность более легкие составляющие - шлаковые и газовые включения.

Машины для центробежного литья строятся с горизонтальной, вертикальной, а иногда с наклонной осями вращенйя.

В машинах с горизонтальной осью вращения металлическая форма заполняется жидким сплавом из ковша по желобу. Сплав затвердевает в виде полой цилиндрической заготовки.

На машинах с вертикальной осью вращения (рис. 5, б) получают пустотелые заготовки в виде кольца. Их внутренняя поверхность не имеет строго цилиндрической формы, так как под влиянием сил тяжести толщина стенок внизу получается несколько большей, чем вверху, поэтому высота литых заготовок ограничена.

Фасонные отливки с полостями изготовляются с помощью стержней, установленных в формы.

Центробежный способ литья имеет ряд преимуществ: увеличивается выход годного благодаря отсутствию надобности в литниковой системе, в том числе и прибылях, повышается качество отливок, снижатся брак и т. п.

Центробежный способ литья в ряде случаев приводит к резкому сокращению брака отливок. Так, на ленинградском заводе турбинных лопаток рабочее колесо турбонаддува диаметром 400 мм и массой 19 кг, представляющее собой ступицу с 26-ю лопатками, ранее изготовляли по выплавляемым моделям, при этом тонкие кромки лопаток сплавом не заполнялись, в результате чего брак Достигал недопустимых пределов, При новой технологии, сохранив

На ленинградских предприятиях имеется опыт отливки этим способом толстостенных втулок из медных сплавов диаметром до 1 м, длиной до 3,5 м и массой до 7,5 т, а также крупных маслот из легированной стали.

5. Литье под давлением

Этот наиболее прогрессивный способ получения литых заготовок по производительности, точности размеров отливок, шероховатости поверхности значительно превосходит все другие. Его применяют для изготовления заготовок из цветных сплавов на основе цинка, алюминия, магния и меди. Широко используется он в при-боро- и автомобилестроении, точном машиностроении, в оптико-механической промышленности и ряде других отраслей при серийном и массовом производстве.

Наличие в настоящее время большого выбора машин для литья под давлением, усовершенствованных пресс-форм, методов подвода сплава и вентилирования пресс-форм дает возможность изготовлять сложные заготовки с точностью размеров по 3-5-му классам и шероховатостью поверхностей по 5-8-му классам. Заготовки можно получать с готовыми отверстиями, резьбой, накаткой, цифрами и надписями. Наименьшая толщина стенок литых заготовок составляет 0,6 мм.

Сущность процесса заключается в том, что жидкий сплав поступает в металлическую пресс-форму под давлением, которое осуществляется на специальных машинах с горизонтальной и вертикальной камерами прессования.

В полость цилиндра ложкой заливается сплав, который поршнем запрессовывается в рабочую полость пресс-формы через литниковый канал. После затвердевания сплава подвижная полуформа вместе с отливкой

Я литниковым остатком отходит и перемещается до тех пор, пока упор не встретит на своем пути ограничитель хода. С помощью специальных толкателей отливка удаляется нз пресс-формы. Неподвижная полуформа с плитой остается при этом на месте. После окончания рабочего цикла прессующий поршень возвращается в исходное положение

Технологические особенности процесса. Для процесса литья под давлением характерны высокая скорость прессования и большое удельное давление на сплав в пресс-форме. На качество отливки оказывают влияние марка сплава, конструкция заготовки, конструкция и качество поверхности пресс-формы, а также температура сплава и самой пресс-формы в момент заливки.

Рис. 6. Схема процесса литья под давлением.

Сплавы. При литье под давлением к сплавам предъявляют следующие основные требования: жидкотекучесть при небольшом перегреве (на 15-20 °С выше температуры плавления); минимальная усадка; достаточная прочность к моменту удаления заготовки из пресс-формы. Этим требованиям отвечают сплавы на основе систем: алюминий - кремний марок АЛ2, АЛ9 и др.; алюминий - кремний - медь марок АЛЗ , АЛ5 и др.; алюминий - магний марок АЛ8, АЛ 13, АЛ27 и др.

Наилучшими литейными свойствами обладают цинковые сплавы. К ним относятся сплавы на основе цинка, алюминия и меди. Из магниевых сплавов наиболее удовлетворяют требованиям литья под давлением сплавы марок МЛ5 и МЛ6. Для предохранения магниевого сплава от контакта с атмосферой и создания окисной пленки применяется присадка бериллия в количестве до 0,01%. Из медных сплавов наибольшее распространение получили сплавы меди с цинком - латуни марок ЛК80-ЗЛ и ЛС59-1ЛД.

Машины для литья под давлением. Для литья сплавов с низкой температурой плавления на основе цинка, олова и свинца применяют машины с горячей камерой прессования, а для литья всех сплавов - машины с холодной горизонтальной или вертикальной камерой прессования. Горизонтальная камера прессования более удобна, позволяет упростить конструкцию машины и ее эксплуатацию.

Человечество используем металлы и их сплавы несколько тысячелетий. Сначала металлы находили в виде самородков и россыпей, позже доисторические племена научились перерабатывать металлосодержащие руды. Проверенным способом получения изделий из металлов было литье в земляные формы.

Отливали наконечники для стрел и мечи, сельскохозяйственные орудия и инструменты, утварь и украшения. За прошедшие с тех пор тысячелетия человек изобрел множество новых приемов обработки материалов и методов литья, включая литье под давлением, газифицируемые формы и порошковую металлургию. Старинный способ также сохранился, но используется в основном в скульптурных мастерских и художественных промыслах.

Особенности литья металлов

По сравнению с другими материалами, такими, например, как воск или гипс, литье металлов отличается некоторыми особенностями. Первая из них — высокая температура перехода из твердое в жидкое состояние. Воск, гипс и цемент затвердевают при комнатной температуре. Температура плавления металлов гораздо выше — от 231 °C у олова до 1531 °C у железа. Перед тем, как приступить к литью металла, его необходимо расплавить. И если олово можно расплавить в глиняной плошке на простом костре из подобранных рядом сучьев, то для плавления меди, не говоря уже о железе, понадобится специально оборудованная печь и подготовленное топливо.

Олово и свинец — самые мягкие и легкоплавкие металлы — можно отливать даже в деревянные матрицы.

Для литья более тугоплавких металлов потребуются формы из смеси песка и глины. Некоторые металлы, как, например, титан, требуют для литья металлические формы.

После заливки изделию требуется остыть. Многоразовые матрицы разбирают, одноразовые формы разрушают, и отливка готова к дальнейшей механической обработке или к использованию.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургической промышленности различают цветные и черные металлы. К черным относятся железо, марганец, хром и сплавы на их основе. Сюда входят все стали, чугуны и ферросплавы. Черные металлы дают более 90% мирового потребления металлических сплавов. Из стали производят корпуса и детали транспортных средств от самоката до супертанкера, строительные конструкции, бытовую технику, станки и другое промышленной оборудование.

Чугун — отличный металл для литья крупных прочных и долговечных конструкций, не подверженных напряжениям изгиба или скручивания.

Цветные металлы, в свою очередь, в зависимости от физических свойств, и прежде всего, удельного веса, делятся на две большие группы

Легкие цветные металлы

В эту группу входят алюминий, титан, магний. Эти металлы встречаются реже, чем железо, и стоят дороже. Их применяют в тех отраслях, где нужно снизить вес изделия — аэрокосмическая промышленность, производство высокотехнологичных вооружений, производство вычислительной и телекоммуникационной техники, смартфонов и малых бытовых приборов.

Титан благодаря своему отличному взаимодействию с тканями человеческого организма широко применяется для протезирования костей суставов и зубов.

Тяжелые цветные металлы

Сюда относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Их применяют в химической промышленности, производстве электроматериалов, в электронике, на транспорте – везде, где требуются достаточно прочные, упругие и коррозионно-стойкие сплавы.

Благородные металлы

В эту группу входят золото, серебро, платина, а также более редкие рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Первые три известны человеку с доисторических времен. Они редко (относительно меди и железа) встречались в природе и поэтому служили платежным средством, материалом для ценных украшений и ритуальных предметов.

С развитием цивилизации золото и платина сохранили свою роль средства накопления богатств, однако стали весьма широко использоваться в промышленности и медицине из-за своих уникальных физико-химических свойств.

Методы литья металлов

Основные методы литья металлов следующие:

Традиционный метод

Металл поступает в форму под действием силы тяжести. Применяются песчано-глиняные или металлические матрицы. Недостаток метода — высокая трудоемкость изготовления форм и других операций, тяжелые условия труда и низкая экологичность

Литье под низким давлением

Модель извлекают из формы, части ее собирают вместе, создают . Форму накалывают тонкими острыми иглами, чтобы обеспечить газоотведение. Производят отливку, ждут ее остывания,

Разъемную форму, называемую кокилем, изготавливают из металлических деталей. Части матрицы получают путем отливки или, если требуется обеспечить высокое качество поверхности и точность размеров, путем фрезерования. Формы смазывают антипригарными составами и производят заливку.

После остывания кокили разбирают, извлекают отливки, очищают. Металлическая матрица выдерживает до 300 рабочих циклов.

Модель выполняется не из дерева или воска, а из легкоплавкого и газифицируемого материала, преимущественно полистирола. Модель остается в форме и испаряется при заливке металла.

Преимущества способа:

• модель не требуется извлекать из матрицы;
• можно изготовлять модели сколь угодно сложных отливок, не нужны сложные и составные формы;
• существенно снижена трудоемкость моделирования и формования.

Литье по газифицируемым моделям приобретает большую популярность на современных металлургических производствах.

Формы для литья

Самый древний вид форм — это формы из песчано-глиняной формовочной смеси, или «земли». Исторически центры металлургии возникали рядом с местами залегания уже готовых по своему составу для литья песков, например, рядом с всемирно известным Каслинским чугунным заводом. Смеси делятся на обмазочные и наполнительные.

Для построения любой матрицы требуется модель — макет будущего изделия в натуральную величину, но несколько больших размеров — на величину литейной усадки.

Модель помешают по центру опалубки, или опоки, и наносят на нее слой обмазочной смеси — термостойкой и пластичной. Потом начинают послойно, тщательно трамбуя каждый слой, заполнять опоку наполнительной смесью. Требования к наполнительным смесям намного ниже, чем к обмазочным — они должны выдерживать давление залитого металла, сохраняя конфигурацию отливки, и обеспечивать выход плавильных газов. После модель извлекают из формы и на ее место заливают расплав.

Для отливок сложной конфигурации, имеющих замысловатые детали и внутренние полости, применяют составные модели и формы из нескольких частей.

Литье также осуществляется и в металлические формы. Их применяют при больших тиражах отливаемых деталей, в тех случаях, когда требуется высокая точность размеров и низкая шероховатость поверхности отливки, а также для некоторых металлов, активных в нагретом состоянии. Температура плавления материала формы должна быть существенно выше, чем температура отливаемого расплава.

Область применения

Различные способы литья имеют свои преимущественные сферы применения.

Так, литье в песчаные формы применяется при единичных отливках или малых сериях. Проверенный тысячелетиями способ понемногу уходит с промышленных предприятий, но продолжает использоваться на художественных промыслах и в скульптурных мастерских.

Литье в металлические формы применяется в случаях, когда требуется

• большие тиражи отливок;
• высокая точность размеров;
• высокое качество поверхности.

Также литье в металл популярно в ювелирной промышленности и в производстве металлических украшений.

Литье под давлением все шире используется предприятиями, сфокусированными на качестве своих изделий, следящими за экологией, охраной труда и эффективным расходованием материальных и энергетических ресурсов.

Литье по газифицируемым моделям применяется в тех случаях, когда планируются большие тиражи отливок, требуется высокая точность и экономия трудоемкости.

Литье металла – это процесс изготовления металлических изделий путем заливки расплавленного металла в полость специальной литейной формы. Залитый в литейную форму горячий металл при охлаждении затвердевает и обретает вид конечного изделия.

Полученные в результате литья изделия (отливки) применяются в промышленности при изготовлении деталей в автомобильной промышленности и станкостроении, в производстве бытовой техники, в современной электронике, в ювелирном деле и в стоматологии.

Для литья могут быть использованы любые металлы, но в особенности те из них, которые обладают таким важным свойством, как жидкотекучесть, то есть способность принимать конфигурацию литейной формы. Этот параметр зависит от химического состава и структуры самого металла. Важную роль играет температура плавления: чем она ниже, тем легче металл поддается промышленному литью.

Сегодня способом промышленного литья изготовляют изделия из следующих металлов:

Черные металлы (стали, ковкий, чугун, литейный чугун, чугун с шаровидным графитом);
- цветные металлы (медь, латунь и бронза, титан, а также никелевые, алюминиевые и магниевые сплавы);
- редкие и драгоценные металлы (золото, серебро, платина).

Виды литья

Существует множество разновидностей литья: в песчаные формы, в многократные формы, в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, литье по замораживаемым ртутным моделям, электрошлаковое литье и другие. Из них наибольшее распространение сегодня получили литье под давлением, статическая заливка, вакуумная заливка и центробежное литье.

Под статической заливкой понимается такой способ литья, при котором расплавленный металл заливается в полость неподвижной литейной формы и выдерживается до затвердевания.

Вакуумная заливка представляет собой способ литья в вакууме с применением многократных форм (например, графитовых). Данный метод используется для изготовления изделий из таких металлов, как титан, жаропрочные сплавы и литейные стали, которые перед заливкой в литейные формы предварительно плавятся в вакууме. Главным преимуществом вакуумной заливки является значительное снижение содержания газов в металле (вакуумная дегазация).

Для литья под давлением применяется специальная литейная машина, которая заполняет металлическую литейную форму (пресс-форму) расплавленным металлом под давлением в диапазоне от 7 до 700 МПа. Литье под давлением может осуществляться в двух типах литейных машин – с горячей и холодной камерой прессования. Чаще всего таким методом осуществляют литье изделий из сплавов на основе алюминия, меди, цинка и олова-свинца. Низкая температура плавления делает такие сплавы очень технологичными и помогает обеспечить отличные характеристики изделий.

Метод литья под давлением позволяет обеспечить высокое качество поверхности, высокую производительность и высокую точность размеров литого изделия, а также сводит к минимум потребность в механической обработке отливки. К недостаткам относятся ограничения к сложности конфигурации отливок, которые могут быть повреждены при отделении от пресс-формы, и к толщине изделия (предпочтительные изделия тонкого сечения).

Центробежное литье предполагает заливку расплавленного металла в литейную форму, вращающуюся вокруг вертикальной или горизонтальной оси. В результате действия центробежных сил происходит отбрасывание металла к периферии формы, металл заполняет все ее полости и при затвердевании образует отливку.

Формы для литья

Применяемые для литья литейные формы подразделяются на разовые (песочные) и многократные. Последние, в свою очередь, бывают металлические, графитовые или керамические огнеупорные.

Металлические формы (изложницы и кокили) для стали обычно изготавливают из чугуна, реже – из жаростойкой стали. Литье цветных металлов выполняется с использованием чугунных, медных и латунных форм. Изложницы представляют собой открытые литейные формы, кокили – закрытые формы, которые имеют внутреннюю полость, соответствующую конфигурации изделия, и литниковую (заливочную) систему. Заливка расплавленного металла в кокиль производится через небольшое отверстие в верхней части формы.

Для литья цветных металлов также применяются оболочковые формы (из гипса или на основе порошка диоксида кремния), а для литья драгоценных металлов, стали и некоторых сплавов – пресс-формы, изготовленные из легкоплавкого металла и заполненные парафином, пластмассой или ртутью.