Основы литейного производства

ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Общие сведения

Сущность и значение литейного производства

Литейное производство — отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением литых фасонных (сложных по форме) заготовок путем заливки расплавленного металла в литейную форму.

Литейная форма — промежуточное изделие, образующее рабочую полость, после заполнения которой металлический расплав в процессе дальнейшего охлаждения формирует отливку (литую фасонную заготовку).

Заготовка, получаемая в литейном производстве, в любом случае называется отливка, являясь полуфабрикатом для изготовления детали машины.

Литейные цеха, где производят отливки, преимущественно располагаются на машиностроительных заводах и в первую очередь обслуживают внутренние потребности в заготовках самого предприятия-изготовителя.

Для получения отливки необходимы два промежуточных продукта:

• • литейная форма;
• • металлический расплав.

Формирование отливки в литейной форме осуществляется благодаря тому, что жидкому металлу с помощью рабочей полости формы придается требуемая конфигурация, после чего он охлаждается и затвердевает (кристаллизуется), переходя в твердое, сохраняющее форму тело. В процессе затвердевания металл отливки приобретает литую (дендритную) структуру, возникающую в результате кристаллизации расплава. После обработки отливки резанием получают деталь с литой структурой. Поэтому такие детали называют литыми деталями. Это означает, что последние изготовлены из литейных сплавов, на что указывается в чертежах деталей с помощью маркировки сплавов (см. п. 3.4).

Литейные формы можно изготовлять из различных неметаллических и металлических материалов. Однако чаще всего их получают из кварцевого песка с небольшими добавками глины, воды и других веществ.

Различают разовые и многократные (многоразовые) литейные формы. Разовая форма применяется для получения одной отливки, так как после затвердевания и охлаждения металла отливку извлекают из формы, разрушая ее. Пример разовой формы — форма, изготовленная на основе кварцевого песка. Многократная (многоразовая) форма, (например, изготовленная из чугуна или стали) может использоваться для получения сотен, тысяч и десятков тысяч отливок.

Существует несколько способов заливки металлического расплава в литейную форму:

свободная заливка — металл заполняет форму свободно под действием силы притяжения Земли;

заливка под давлением — металл заполняет форму под воздушным или поршневым давлением;

центробежная заливка — металл заполняет форму под действием центробежной силы, и другие способы.

В качестве материала отливок используются серые, высокопрочные и другие виды чугунов; углеродистые и легированные стали; медные, алюминиевые, магниевые, цинковые сплавы и др. Литейные сплавы должны обладать хорошими литейными свойствами (высокой жидкотекучестью, малыми усадкой и склонностью к образованию трещин и др.), а также требуемыми физическими и эксплуатационными свойствами. Литейные свойства относятся к группе технологических свойств материалов (см. п. 1.3). Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших по размерам отливок без дефектов во многом предопределяется литейными свойствами сплавов.

Жидкотекучесть — способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки. Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки, а также конфигурации, свойств литейной формы и других факторов.

Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем и линейные размеры при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах. Большинство сплавов имеют линейную усадку, не превышающую 3 %. Например, линейная усадка серого чугуна колеблется в пределах 1,1-1,3 %; углеродистых сталей — 1,2-2,4 %; легированных сталей — 2,5-3,0 %; силуминов (алюминиевые сплавы) — 1-1,5 %; магниевых сплавов — 1-1,6 %; латуней — 1,5-1,9 %; оловянистых бронз — 1-1,5 %.

Для изготовления отливок применяют не один десяток способов литья. Область применения того или иного способа литья определяется объемом производства, требованиями к геометрической точности и качеству поверхности отливок, экономической целесообразностью и другими факторами.

Наиболее используемые в промышленности способы литья

Способы литья, менее используемые в промышленности

литье в песчаные формы; литье по выплавляемым моделям (ЛВМ); литье в оболочковые формы; литье в кокиль; литье под давлением (ЛПД); центробежное литье

литье в керамические формы из огеливаемых суспензий; литье в углеродные формы; литье под низким регулируемым давлением;

литье с применением ультразвуковой обработки расплава;

литье намораживанием, электро- шлаковое литье; суспензионное литье и др.

В заготовительном производстве машиностроения литейное производство после обработки металлов давлением занимает по значимости второе место. Перед литейным производством стоит задача получения отливок с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам готовой детали. Только при этом условии может быть снижен объем дальнейшей обработки резанием, являющейся трудоемкой операцией. Общий выпуск отливок в России в 1913 г. составлял 0,5 млн т, в 1975 г. в СССР — 25 млн т.

Сейчас литьем получают разнообразные конструкции отливок массой от нескольких граммов до 300 т, длиной от нескольких сантиметров до 20 м, со стенками толщиной 0,5-500 мм (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы, корпуса и крышки редукторов, зубчатые колеса, станины металлорежущих станков, станины прокатных станов, турбинные лопатки и др.). В машиностроении масса литых деталей составляет около 50 % массы машин и механизмов, в станкостроении — около 80 %. Способом литья получают до 82 % изделий из чугуна, до 23 % — из стали, 3-6 % — из цветных сплавов.

Достоинства литейной технологии:

• • универсальность, позволяющая получать отливки практически любой конфигурации из большой номенклатуры сплавов, широкого диапазона размеров и массы; при этом удается производить заготовки очень сложной конфигурации, которые другими видами обработки — ковкой, прокаткой, штамповкой, сваркой — получить затруднительно или невозможно;
• • стоимость литой детали в большом количестве случаев ниже стоимости аналогичной детали, изготовленной из другого вида заготовок.

Недостатки процесса литья:

• • пониженные прочность и пластичность металла литой заготовки по сравнению с металлом, прошедшим обработку давлением;
• • необходимость проведения сложных и дорогостоящих операций по обеспечению техники безопасности и экологической защиты окружающей среды.

ОСНОВЫ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Теоретические основы производства отливок

Сущность литейного производства состоит в получении фасонных металлических изделий — отливок (готовых деталей или заготовок, используемых для дальнейшей обработки) путем заливки расплавленного металла в специальную полость, называемую литейной формой [1, 2, 3, 4, 5, 20,21].

Возможность получения тонкостенных, сложных по форме или больших по размерам отливок без дефектов предопределяется свойствами жидких сплавов, наиболее важными из которых являются: жидкотеку- честь, усадка (линейная и объемная), склонность к образованию трещин, склонность к поглощению газов и образованию газовых раковин и пористости в отливках и др.

Выбор сплава для получения тех или иных деталей является сложной задачей, поскольку все требования в реальном производстве учесть довольно трудно. Но во всех случаях технологам необходимо учитывать в первую очередь свойства сплавов.

Перечислим литейные свойства сплавов.

1. Жидкотекучестъ — это способность металлов и сплавов течь по каналам литейной формы, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.

Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры заливки и т.д.

Чистые металлы и сплавы, затвердевающие при постоянной температуре (эвтектические сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы. Чем выше вязкость сплава, тем меньше его жидкотекучестъ.

2. Усадка — свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в литейную форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выражаемую в относительных единицах.

Линейная усадка — уменьшение линейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды.

Объемная усадка — уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке.

На усадку влияют химический состав сплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, конструкция отливки и литейной формы.

Усадку отливок уменьшает снижение температуры заливки расплавленного металла в форму. Увеличение скорости отвода теплоты от залитого в форму сплава, напротив, приводит к возрастанию усадки отливки.

При охлаждении отливки происходит механическое и термическое торможение усадки. Механическое торможение возникает вследствие трения между отливкой и формой. Термическое торможение обусловлено различными скоростями охлаждения отдельных частей отливки. Сложные по конфигурации отливки подвергаются совместному воздействию механического и термического торможения.

Усадка в отливках проявляется в виде усадочных раковин, пористости, трещин и короблений.

Усадочные раковины — сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними, т.е. в верхней части отливки (рис. 2.1). Усадочные раковины образуются вследствие того, что усадка расплава при переходе из жидкого состояния в твердое превышает усадку корки (затвердевшей части отливки). Сосредоточенные усадочные раковины характерны для отливок из чистых металлов, сплавов эвтектического состава и сплавов с узким интервалом кристаллизации.

Рис. 2.7. Усадочная раковина

Усадочная пористость — это скопление множества небольших усадочных раковин по границам зерен металла. Пористость характерна для сплавов, образующих твердые растворы и затвердевающих в широком интервале температур.

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. Для этого устанавливают прибыли — дополнительные резервы с расплавленным металлом. Также предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных и внутренних холодильников, которые выравнивают скорость затвердевания в разных частях отливки.

3. Склонность к образованию трещин. В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и толстых частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают внутренние напряжения. Эти напряжения тем выше, чем меньше податливость формы и стержней. Если величина внутренних напряжений превзойдет предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются горячие или холодные трещины. Если литейный сплав имеет достаточную прочность и пластичность и способен противостоять действию возникающих напряжений, то искажается геометрическая форма отливки (возникает коробление).

Для предупреждения образования больших напряжений и трещин необходимо в литой детали предусматривать равномерную толщину стенок, плавные переходы и устранять элементы, затрудняющие усадку сплава, а также использовать литейные формы и стержни повышенной податливости.

4. Склонность к поглощению газов и образованию газовых раковин и пористости — это способность литейных сплавов в расплавленном состоянии растворять кислород, водород, азот и другие газы.

В жидких металлах и сплавах растворимость газов с увеличением температуры повышается. При избыточном содержании газов они выделяются из расплава в виде газовых пузырей, которые могут всплыть на поверхность или остаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметаллические включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок.

Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку следует вести под слоем флюса, в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов. Кроме того, перед заливкой расплавленный металл необходимо подвергать дегазации вакуумированием, продувкой инертными газами и другими способами, а также увеличивать газопроницаемость литейных форм и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушивать формы и т.д.

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

1.1 Основные понятия и определения

Литейное производство, или литье – это способ изготовления заготовки или готового изделия путем заливки расплавленного металла в полость заданной конфигурации с последующим его затвердеванием.

Заготовки или изделия, получаемые методом литья, называют отливками.

Полость, заполняемая жидким металлом при литье, называется литейной формой.

Назначение литейной формы состоит в следующем.

1.Обеспечение необходимой конфигурации и размеров отливки.

2.Обеспечение заданной точности размеров и качества поверхности отливки.

3.Обеспечение определенной скорости охлаждения залитого металла, способствующей формированию требуемой структуры сплава и качества отливок.

По степени использования формы делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы служат для получения только одной отливки, изготавливают их из кварцевого песка, зерна которого соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы – это формы, в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготавливают из керамики.

Постоянные формы – формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготавливают обычно из чугуна или стали.

Основной задачей литейного производства является получение отливок с максимальным приближением формы и размеров поверхности к аналогичным параметрам готовой детали с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Основное достоинство формообразования заготовок литьем — возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Стоимость литых изделий нередко намного меньше, чем изделий, изготовленных другими способами, однако для литья применимы не любые сплавы, а только те, которые обладают хорошими литейными свойствами. Основными литейными свойствами являются.

1. Жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму, точно повторяя ее конфигурацию.

Чем выше жидкотекучесть, тем литейный сплав лучше. У стали и чугуна это свойство уменьшается с увеличением содержания серы и повышается с увеличением содержания фосфора и кремния. Перегрев сплава выше температуры плавления повышает его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть оценивают по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь, среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы, низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

2. Усадка – уменьшение размеров отливки при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Чем меньше усадка, тем литейный сплав лучше. Различают усадку объемную (уменьшение объема) и линейную (уменьшение линейных размеров). Это свойство зависит главным образом от химического состава сплава. Ориентировочно линейная усадка составляет 1% для чугунного литья и 2% – для стального и цветного. Разумеется, каждая конкретная марка литейного сплава имеет свое значение усадки.

3. Склонность к ликвации. Ликвацией называют химическую неоднородность по объему отливки. Чем меньше склонность к ликвации у литейного сплава, тем он лучше.

В литейном производстве применяют много самых различных сплавов. Наиболее распространенным является серый чугун, из которого в отечественном машиностроении делают около 75% отливок (по массе), из стали – около 20%, из ковкого чугуна – 3% и около 2% литых деталей изготавливают из сплавов цветных металлов.

Существует два способа заливки металла в формы.

1.Обычная заливка, при которой металл заполняет литейную форму свободно под действием силы тяжести. К этому способу относится литье в песчано-глинистые формы.

2.Специальные способы литья, их существует около 15, основными из которых являются:

· литье под давлением;

· литье в кокиль (в металлические формы);

· литье в оболочковые формы;

· литье по выплавляемым, выжигаемым или растворяемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы – основной метод производства отливок. Этим методом получают литые детали как простой, так и сложной формы, наиболее крупные отливки, которые нельзя получить другими способами.

Применение специальных способов литья позволяет уменьшить брак в литейном производстве. При литье в металлические формы, центробежным литьем обеспечивается получение отливок высокой точности. Наряду с этим специальные способы литья применимы лишь для изделий сравнительно небольших размеров (масса до 300 кг).

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект. В общем случае модельный комплект состоит из модели, стержневого ящика и моделей элементов литниковой системы.

Модель – это прообраз будущей отливки, с помощью модели формообразуется, в основном, ее наружная конфигурация. От отливки модель отличается материалом, наличием стержневых знаков (если отливка полая и для формирования полости необходим стержень), наличием разъема (если формовка производится по разъемной модели), размерами, превышающими соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Стержневой ящик – это часть модельного комплекта, предназначенная для изготовления стержня. Стержень, в свою очередь, необходим для формирования внутренней конфигурации отливки (для получения отверстий).

Литниковая система – это совокупность каналов в литейной форме, подводящих расплавленный металл, улавливающих шлак и неметаллические включения, отводящих из формы газы, а также питающих отливку жидким металлом в процессе ее кристаллизации.

1.2 Технология получения отливок

Технологический процесс производства отливок в песчано-глинистых формах включают формовку, т. е. приготовление полуформы и стержней; сборку литейных форм; заливку расплава, выбивку и очистку отливок.

Для изготовления литейных форм из формовочных смесей применяют модельно-опочную оснастку. В нее входят модели, модельные плитки, стержневые ящики и т. д.

Для облегчения изучения процесса изготовления отливки рассмотрим схему технологического процесса (рис. 1).

По чертежу детали (рис. 1, а) технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели и стержневого ящика. В модельном цехе по этим чертежам изготовляют модель (рис. 1, б) и стержневой ящик (рис. 1, в), при этом учитываются припуски на механическую обработку и усадку сплава при остывании. С целью получения опорных поверхностей для установки стержней на моделях выполнены стержневые знаки. По стержневому ящику формуют стержень (рис. 1, г), который предназначен для образования в отливке внутренней полости.

Для заливки формы металлом имеется литниковая система, состоящая из чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей и выпоров (рис. 1, e). При сборке в нижнюю полуформу устанавливают стержень, затем соединяют обе полуформы и нагружают балластом. Литейная форма в сборе показана на рис. 1, д.

В плавильном отделении расплавляют металл и заливают в формы. Остывшую отливку выбивают из формы и передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от формовочной стержневой смеси и обрубают остатки литника, заливы и др.

Модели – приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки – полости, соответствующие наружной конфигурации отливок. Отверстия и полости внутри отливок образуют при помощи стержней, установленных в форме при их сборке.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,5-2%, чугуна 0,8-1,2%, бронз и латуней 1-1,5% и т. д. Для облегчения изготовления моделей из формовочной смеси при формовке стенки моделей должны иметь формовочные уклоны (для деревянных моделей 1-3 0 , для металлических 1-2 0 ) В местах сопряжения, делают плавные сопряжения радиусом R = (1/5 — 1/3) средней толщины соприкосновения стенок.

Преимущество деревянных моделей – дешевизна и простота изготовления, недостаток – недолговечность. Модели окрашивают для чугунных отливок в красный цвет, для стальных в синий. Стержневые знаки окрашивают в черный цвет.

Металлические модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов. Эти сплавы легки, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

При машинной формовке обычно применяют металлическую модельную оснастку с установкой модели с установкой модели и литниковой системы на металлической модельной плите.

Стержни формуют в деревянных или металлических стержневых ящиках.

Формовка, как правило, производится в опоках – прочных и жестких металлических ящиках различной формы, предназначенных для изготовления в них литейных полуформ из формовочной смеси путем ее уплотнения.

Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси из природных песков и глин с добавкой необходимого количества воды. Качество, состав и свойства материалов и смесей зависит от условий службы их в литниковой форме.

Формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:

– прочность (для сохранения целостности при сборке, транспортировании, механическом воздействии);

– огнеупорность (при соприкосновении с металлом не должны плавиться, спекаться, пригорать к отливке, размягчаться);

– пластичность (сохраняют форму после снятия нагрузки);

– неприлипаемость смеси к модели, стержневому ящику и в плоскости разъема формы;

– легкость удаления смеси при очистке отливок;

– долговечность, т.е. способность смесей сохранять свойства после многократного использования;

Свежих формовочных материалов, т. е. песка и глины требуется в среднем 0,5 — 1 т на 1 т литья, в то время как расход смесей для изготовления форм и стержней составляет 4 — 7 т. Главной частью в смесях являются отработанные формовочные материалы, свежие материалы служат только для замены песчаных зерен, превращающихся в пыль, и для выполнения связующих способностей глин.

Зерновая часть песков должна состоять преимущественно из зерен кварца (SiO₂) в лучших сортах песка содержание SiO₂ ³ 97%, в худших содержание SiO₂ ³ 90%.

К глинистой части песка условно относят все содержащиеся в нем частицы размером менее 0,022 мм.

Формовочные глины — это пески, содержащие более 50% глинистых веществ. Глины делятся на формовочные обыкновенные и бектонитовые. К бектонитовым относятся глины состоящие в основном из кристаллов монтмориглионита [Al₂O₃·4SiO₂·H₂O+nH₂O]. Этот материал сильно набухает в воде, что увеличивает связующие свойства глин. Бектонит применяется для изготовления форм и стержней, не подвергающихся высушиванию.

Обыкновенные формовочные глины состоят в основном из кристаллов каолина Al₂O₃·2SiO₂·2H₂, не обладающих внутрикристаллическим набуханием.

Для стального литья берут самую огнеупорную глину с высокой термохимической устойчивостью — не менее 1580 О С, для чугуна – со средней устойчивостью не менее 1350 О С, для цветного литья термохимическая устойчивость глин не ограничивается.

Для изготовления формовочных и стержневых смесей, кроме песка и глины, применяют органические и неорганические связующие материалы. Органические связующие материалы сгорают и разлагаются при высоких температурах. К этим материалам относят льняное масло, олифу, крепетель (растительное масло, канифоль, уайт-спирт), пек торфяной и древесный, канифоль, пектиновый клей, патоку и ряд других. В качестве неорганических связующих используют цемент и жидкое стекло.

В литейных цехах, имеющих механизированные землеприготовительные заготовки, пользуются единой формовочной смесью. В цехах с меньшей степенью механизации употребляют облицовочные и наполнительные смеси, первые более качественные и служат для образования внутреннего, соприкасающегося с отливкой слоя.

Материалы для стержней – стержневые смеси – выбирают в зависимости от конфигурации стержней, их расположения в форме. Они должны иметь высокую прочность, обладать достаточной податливостью, чтобы не препятствовать усадке металла, хорошей газопроницаемостью. В производстве отливок из сталей и чугуна для приготовления таких стержней применяют качественные песчано-масляно-смоляные смеси (чистый кварцевый песок и полимерный связующий материал — смола или жидкое стекло). Стержни менее ответственные с более толстым сечением изготавливают из смесей, состоящих из 91-97% SiO₂ и 3-4% глины с добавлением жидкого стекла или других связующих. Для массивных стержней используют менее качественные смеси, изготовленные из 30-70% SiO_2, 20-60% оборотной земли и 7-10% глины, являющейся основным связующим.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм противопригарными материалами служат припылы, в качестве которых используют порошкообразный графит (для чугунных отливок) и пылевидный кварц (для стальных отливок). Для сухих форм приготавливают противопригарные краски. Краски представляют собой водные суспензии из тех же материалов графит (для чугуна), кварц (для стали) со связующими. Краски наносят на горячие формы и стержни, не успевшие остыть после сушки.

1.3 Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке. Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Основы литейного производства

Литейное производство ivlit.ru является является отраслью, в задачи которой входит получение металлоизделий путём заливки расплавленного металлосодержащего состава в форму. После того, как расплав остынет до атмосферной температуры, из него получается твёрдая деталь, схожая с формой, в которую расплав заливался. Такая деталь называется отливкой. Её прочностные характеристики во многом зависят от методов охлаждения.

При помощи литья получают самые разные детали, весом от нескольких грамм до рекордных на сегодня 300 т. Таким образом получают станины станков, маховики, поршни, коленвалы и много других деталей для машиностроительной отрасли, требующих высокой прочности.

Есть довольно широкий спектр технологий заливки в форму, каждая технология имеет широкое распространение на определённом звене технологической цепочки. Это литьё под давлением, центробежное литьё, в кокиль, спекание и прочие.

Типы литейного производства

Литейное производство делится на два типа:

• Единичное производство. Выпуск малых партий или и вовсе выпуск единственного уникального изделия из стали на заказ.
• Массовое производство. Отливка деталей конвеерным методом, партиями. Формы разрабатываются таким образом, чтобы в одной можно было запекать сразу несколько одинаковых деталей, или деталей определённой номенклатуры.

В зависимости от типа производства, выбирается технология изготовления и степень автоматизации процесса. Единичное производство обычно проводят полностью в ручном режиме.

Общие основы технологии литья

Наиболее частое применение в литейном производстве находят сплавы железа с углеродом. В различном процентном соотношении друг с другом, из них получают детали из стали или детали из чугуна. Дополнительно могут использоваться и другие металлы, получая на выходе цветные сплавы. Для повышения характеристик в состав могут быть добавлены и неметаллы: фосфор, сера, прочее.

Абсолютно чистые металлы в производстве не применяются — это нерационально дорого, а технические характеристики гораздо хуже, чем у сплава.

Литейные формы

Литейную форму изготавливают на основе модельного комплекта — набора технологической оснастки и расходных материалов, с помощью которых в форме создают полости, в соответствии с контуром отливаемой детали. В модельный комплект входят:
* литейная модель — приспособление для получения полости для заливки по контурам детали;
* модельная плита — основание, на котором размещаются литейные модели;
* стержневой ящик — приспособление для изготовления вспомогательных стержней;
* модели элементов литниковой системы — для получения системы каналов, по которым сплав будет заливаться в форму;
* опционально — вспомогательные элементы и расходники.

После отливки изделия и его охлаждения в форме, последнюю разрушают и извлекают деталь.

Способы литья

Стандартный метод изготовления деталей литьём — с использованием песчаных форм. Но эта технология не удовлетворяет требованиям современного производства. Причин тому множество: слишком большие допуски, большая шероховатость поверхности, ограничения на прочность детали. Поэтому сейчас применяются более технологичные методы.

Оболочковые формы

Оболочковая форма изготавливается путём спекания формовочной смеси из кварцевого песка и термореактивной смолы на модельной плите. Производство форм происходит в полностью автоматическом режиме. Благодаря высокой текучести формовочной смеси, которая заливает все неровности, шероховатость детали получается на допустимом уровне, а высокая прочность формы позволяет получать тонкостенные изделия.

Литьё по выплавляемым моделям

Образец детали изготавливают на пресс-форме из парафина и прочих легкоплавких материалов, используются также деревянные модели. Потом этот образец многократно окунают в керамическую суспензию на основе этил-силикатной смеси, периодически нанося огнеупорный слой и просушивая в аммиачной среде. В одной форме можно объединить до сотни деталей.

Литьё в кокиль

Данная технология литья подразумевает заливку сплава в металлическую форму более высокой температуры плавления. Для получения деталей сложной формы и более равномерного заполнения расплава применяют стержни из легкоплавких металлов или кварцевого песка. Форма состоит из нескольких деталей, в самой простой конфигурации — из верха и низа. При помощи этой технологии изготавливают металлические детали повышенной прочности и сверхмалыми припусками. Главный недостаток — невозможность изготовить деталь сложной формы.

Литьё под давлением

По технологии есть схожесть с литьём в кокиль, только заполнение формы производится при помощи прессования. Подобная технология нашла своё применение в изготовлении деталей из цветных сплавов, весом не более 45 кг.

Центробежное литьё

Для технологии центробежного литья применяют все вышеперечисленные формы для заливки. Главное отличие процесса: форме придаётся вращение. Под действием центробежных сил расплав растекается по стенкам тонким равномерным слоем. Подобный метод хорош тем, что позволяет получить сплав повышенной плотности и, соответственно, прочности. Таким методом изготавливают трубы и кольца без использования в форме внутренних стенок, что экономит материал и время изготовления формы.