Технологии литья металлов

Технологии литья

Изготовление металлических изделий методом литья – это широко распространенный способ получения деталей сложной конфигурации без использования дорогостоящего оборудования. Производители используют различные технологии литья. Благодаря этому детали можно получить такой точности, что не требуется дальнейшая механическая обработка. Автоматизация и механизация технологического процесса позволяет поставить получение отливок на поток.

Для литья пригодны такие металлы и сплавы как:

Для получения деталей определенного качества разрабатываются новые сплавы с различным процентным содержанием компонентов. От их наличия и количества во многом зависит температура плавления и жидкотекучесть расплава.

Новая технология в литье – прогрессивный способ разливки. Позволяет снизить себестоимость продукции в отличие от конкурирующих предприятий. Кроме издревле известных способов литья в землю или песчано-глинистые формы, для увеличения количества отливок используются неразрушаемые металлические формы – кокили.

Кроме перечисленных способов применяются такие методы литья как:

• под давлением:
  • избыточным;
  • вакуумическим;
• центробежное;
• в оболочковые формы;
• по моделям:
  • выплавляемым;
  • газифицируемым;
• точное (прецизионное).

Для литья чугуна с невысоким показателем шероховатости поверхности используются песчано-глинистые формы. Разлив производится как в опочные формы, так и в безопочные.

Использование типа формы зависит от массовости получения отливок. Так, разовые формы разрушаются, чтобы извлечь отливку. Из-за невысокой прочности состава, формы, предназначенные для разлива под небольшим давлением, изготавливаются толстостенными. Благодаря введению специальных связывающих материалов, придающих дополнительную прочность, форма изготавливается небольшой толщины, но с использованием опоки.

Для цветного литья используются более прогрессивные технологии.

Литье алюминия из-за его низкой температуры плавления сопряжено с некоторыми трудностями. Если разлив производится в формы из металла, то под давлением и с использованием специальных смазок, чтобы исключить появление дефектов.

Для получения ровной наружной поверхности и точного размера на изделиях, имеющих форму вращения, не только из алюминиевых, но и из других сплавов, используется центробежное литье. Центробежные силы распределяют расплавленный металл по форме равномерно. К тому же из расплава удаляются излишки воздуха и газов. Далее ознакомимся с некоторыми технологическими способами литейного производства.

По газифицируемым моделям

Получение формы происходит за счет неизвлекаемой модели, и заливка металла производится в неразъемную форму. При этом модель получают из пенопласта вспениванием при высокой температуре. При литье металла в форму, пенопластовая модель полностью выгорает, освобождая внутренний объем.

Если модели для мелких деталей можно получить вспениванием состава, то крупные вырезают из склеенных плит. Резка производится вручную. Для этого используется нихромовая проволока. Поданное напряжение разогревает проволоку, что облегчает резку.

Также модель может вырезаться на фрезерных или гравировальных станках с числовым программным управлением по заданному алгоритму. Подготовленная модель красится и дополнительно покрывается термостойким составом.

Формовка при ЛГМ производится двумя методами. В первом случае для отливок несложных форм используются вибрационные столы, на которых происходит уплотнение формовочной смеси с использованием опок. Затем на опоку укладывается крышка и монтируется литниковый приемник.

Во втором случае, когда изделие имеет сложную геометрию, формовку проводят под вакуумом. Чтобы закрытая форма не разрушилась, она подвергается действию пониженного давления вплоть до окончания заливки. Значение вакуумического давления невелико – порядка 4-5 ГПа.

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

Температура разливаемого металла значительно выше, чем начало газификации пенопласта (560 °С). Газы, выделяемые пенопластом, из формы легко удаляются вакуумной системой. При этом отсутствует задымленность рабочей зоны.

В качестве основного достоинства этого метода отмечают высокое качество отливок, которое можно получить литьем в обыкновенный или облицованный кокиль. Возможным это стало из-за того, что форма цельная.

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

• крупных и средних изделий на мелкосерийном производстве;
• заготовок со сложной конфигураций и весом до 50 кг, к которым предъявляются требования повышенной точности размеров, на среднесерийном и крупносерийном производстве.

Под давлением

Технология литья под давлением предполагает быструю подачу расплава в форму путем использования компрессорных или поршневых механизмов. Благодаря автоматизации процесса литье под давлением считается высокопроизводительным.

Таким способом можно получать детали:

• сложной геометрической формы;
• с достаточно тонкими стенками;
• высокой точности;
• с повышенной шероховатостью.

Способ литья под давлением применяется для получения деталей в автомобилестроении. Они получаются небольшого веса, достаточной прочности, что позволяет снизить общую массу агрегата.

Стоит отметить, что метод литья под высоким давлением имеет следующие достоинства:

• возможность получения размеров 9 класса и грубее;
• достигаемая шероховатость поверхности — 1,25 мкм;
• минимальная размер стенок — 0,6 мм;
• минимальным диаметром отверстий — 1 мм;
• формирование наружной резьбы;
• накатки, надписей на внешней стороне.

К недостаткам относят следующее:

• высока цена на сами формы;
• разлив металлов с низкой температурой плавления;
• повышенная вероятность образования внутренних дефектов в виде трещин и напряжений.

Схема литья под давлением

Широкое использование литья алюминия под давлением обусловлено:

• малым значениями температуры в период кристаллизации;
• пластичностью сплава;
• хорошей жидкотекучестью;
• инертностью к химическим реакциям;
• невысоким объемом усадки.

Рассматривая способы технологию поделить следующим образом:

• камера прессования:
  • горячая;
  • холодная;
• способ разливки:
  • горизонтальный;
  • вертикальный;
• механизм подачи сплава:
  • поршневой;
  • компрессорный.

Протекание процесса

Расплав подается в специальную полость. Поршневым пальцем жидкий металл на большой скорости вгоняется во внутреннюю полость пресс-формы. После чего происходит охлаждение без снятия давления. После затвердевания пресс-форма разъединяется, и отливка извлекается. Для облегчения извлечения конструкция оборудуется толкателями.

В кокиль

При литье в кокиль, или в металлические формы, жидкий металл заливают свободно, то есть под действием гравитационных сил. Саму форму изготавливают разборной из двух частей, установленных на плиту. Для получения полостей и отверстий в предусмотренные канавки, в которые укладываются стержни. Для изготовления металлических форм используются стали и чугуны.

Процесс отлива в кокиль

Для удаления газов во время заливки предусматриваются вентиляционные каналы. Чтобы к внутренним поверхностям кокиля не прилипал расплав их облицовывают или красят огнеупорными составами. Толщина покрытия зависит от разливаемого металла и скорости его охлаждения. Перед покрытием полость формы очищается, а затем нагревается до температур 150 °С — 280 °С.

Особенности получения отливок:

1. Из-за высокой теплопроводности сплавы в кокиле быстро остывают, поэтому сплавы с малой жидкотекучестью должны иметь максимальную толщину стенок. Высокая скорость остывания формирует мелкозернистую внутреннюю структуру.
2. Металлическая форма неподатлива, поэтому в отливке отсутствуют дефекты, вызываемые остаточными деформациями, а также предотвращает усадку. Получаемая точность заготовок: стали и чугуны – 7-11 класс, цветные сплавы – 5-9 класс.
3. Отсутствие пригара.
4. Достигаемая шероховатость поверхности соответствует R_z = 40-10 мкм.
5. Кокиль – газонепроницаемая конструкция. Вентиляционные каналы и огнеупорные покрытия не могут полностью отвести газы. В связи с этим газовые раковины – это частое явление.

• постоянные характеристики для получаемых отливок;
• возможность использования песчаных стержней;
• высокая производительность;
• малое количество производимых операций;
• чистая поверхность готовых изделий;
• механизация работ;
• невысокая квалификация работников.

• значительная стоимость формообразующей оснастки;
• ограниченная стойкость форм;
• быстрое остывание расплава.

В кокиль отливаются практически все металлы, но большинство отливок — это чугуны и литейные стали.

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Прецизионное литье

Прецизионное литье, обладающее повышенной точностью, применяется уже не одно десятилетие. С его помощью можно изделиям придать любую форму и при этом не увеличивать затраты на производство.

Прецизионное литье металлов характеризуется тем, что отливки имеют:

• любую форму;
• высокую точность;
• минимальные припуски.

Данный способ литья используется при отливке мелких деталей весом от одного грамма до 10 кг.

Литьё металлов. Методы и способы литья металлов.

Застывая, металл сохраняет форму того сосуда, в который был залит в жидком виде. Эту особенность металла человек использовал при получении изделий способом литья.

Наша страна издавна славилась искусными литейщиками. В Московском Кремле стоят «Царь-пушка» массой 40 т, отлитая Андреем Чоховым в конце XVI в., и «Царь-колокол» массой 200 т, изготовленный знаменитыми литейщиками Иваном и Михаилом Моториными в первой половине XVIII в. Во многих странах мира известны художественные изделия Каслинского чугунолитейного завода на Урале.

Одно из главных качеств литейного материала — способность растекаться, или жидкотекучесть. Металл или сплав в жидком состоянии должен быть подвижным и невязким, легко заполнять любую сложную форму, быстро проникать в её тончайшие извилины.

Из сплава с хорошей жидкотекучестью можно получить отливку с тонкими стенками. Если металл растекается медленно, то из него тонкостенная отливка не получится: он застынет, прежде чем заполнятся все извилины формы.

Один из лучших литейных материалов — чугун. Он обладает отличной жидкотекучестью. У стали жидкотекучесть меньше, и приходится прибегать к различным ухищрениям, чтобы заставить сталь заполнить всю форму.

Литьё металла в землю.

Самый древний способ литья — литьё в песчано-глинистые формы, или литье в землю. Однако этот способ, хотя его и считают простым, требует большой предварительной работы.

Сначала в модельном цехе из дерева или металла делают модель будущей отливки. Она должна быть несколько большего размера, чем отливка, с учетом усадки металла при охлаждении. Модель (как и будущая форма) разъемная и состоит из двух половинок. В землеприготовительном отделении литейного цеха из земли и различных добавок готовят формовочную смесь. Если у отливки должно быть внутреннее отверстие или полость, то необходимо приготовить еще одну смесь — для стержней. Назначение стержней — заполнить те места в форме, которые в детали соответствуют отверстиям или полостям.

Формовочные и стержневые смеси готовят из специальных песков и глин и связующих материалов — растительных и минеральных масел, искусственной смолы, канифоли и т.д. Готовые смеси поступают к формовщикам, задача которых — изготовить литейные формы. Для этого на металлическую модельную плиту ставят одну половину модели разъёмом вниз (см. рис.), а затем металлический ящик без дна — опоку так, чтобы половина модели оказалась внутри него. Опоку плотно набивают формовочной землёй и переворачивают. Теперь половинка модели лежит в опоке разъёмом вверх. На эту опоку формовщик ставит ещё одну и скрепляет их штырями. Затем в верхнюю опоку устанавливают два деревянных конуса (на их месте в готовой форме останутся два отверстия для заливки металла и для выхода воздуха и газов) и плотно заполняют ее формовочной смесью.

Теперь осталось вынуть из земли деревянную модель. Для этого опоки разъединяют и из каждой вынимают половинки модели. В земле остаются чёткие отпечатки двух половин детали (см. рис.). Их, а также заранее приготовленный стержень покрывают особой краской, чтобы жидкий металл не «пригорел» — не прилип к стенкам формы. В форму вставляют стержень и прорезают в земле канавку, соединяющую отверстие для заливки металла с полостью формы, — литниковый ход. На конец, верхнюю опоку снова кладут на нижнюю, соединяют их, и форма готова. Когда она немного подсохнет, в неё можно заливать металл.

Чугун для литья приготовляют в специальных печах — вагранках. Если отливки стальные, то сталь для них плавят в конвертерах, мартеновских и электрических печах. Для расплавления цветных металлов существуют свои плавильные печи.

Жидкий металл заливают в форму из ковша, который движется вдоль ряда опок, а иногда опоки на конвейере движутся мимо ковша. Когда металл застывает, отливку вынимают из формы. С помощью наждачных станков, пескоструйных или дробеструйных аппаратов отливку очищают от приставшей формовочной земли.

Вместе с тем давно уже появились и успешно используются другие, более совершенные способы литья. Один из них литье в кокиль — металлическую форму (см. рис.), состоящую из двух половин, в одну из них перед заливкой металла вставляют стержни. Затем обе половины кокиля скрепляют между собой и заливают жидкий металл. Здесь он очень быстро затвердевает, и уже через несколько минут можно вынимать деталь и заливать новую порцию металла. С помощью одного кокиля получают сотни и тысячи одинаковых отливок.

Литьё металла в кокиль.

Однако таким способом можно получать отливки только из металлов или сплавов, обладающих хорошей жидкотекучестью. А для стали, например, у которой жидкотекучесть меньше, применяют литье под давлением (см. рис.). Жидкий металл под давлением сжатого воздуха или поршня хорошо заполняет любую сложную форму. Однако обыкновенный кокиль не выдерживает большого давления и разрушается. В связи с этим формы для этого способа литья — пресс-формы — делают из прочной стали. Машины для литья под давлением выпускают по нескольку тысяч отливок за смену.

Литьё по выплавляемым моделям.

Издавна известен способ литья по выплавляемым моделям, сделанным не из дерева или металла, а из легкоплавкого воскообразного (парафин, стеарин) вещества (см. рис.). Такую модель покрывают огнеупорной оболочкой и заформовывают в опоку. Горячий металл расплавляет воск и заполняет оболочку, в точности повторяя форму модели. При этом способе модель не надо извлекать из формы, что позволяет получать очень точные отливки. Кроме того, этот процесс легко автоматизировать.

Литьё в оболочковые формы.

Иногда, когда отливка не требует большой точности, ее получают литьем в оболочковые формы (см. рис.). Их делают из смеси мелкого кварцевого песка с особой порошкообразной смолой. Этой смесью засыпают половинки металлических моделей, установленных на нагретой до 200—250°С металлической плите. Под действием тепла смола расплавляется, обволакивает и скрепляет зерна песка. На модели образуется песчано-смоляная корка. Затем модели вынимают, а плиту с оболочками ставят в печь, где они окончательно затвердевают. Наконец 2 полуформы оболочки соединяют между собой и заливают в полость металл.

Так же широко распространено центробежное литьё, с помощью которого делают отливки, имеющие форму тел вращения, — трубы, шестерни, зубчатые ободы и т. п. Металл заливают во вращающуюся металлическую форму, при вращении он прижимается к стенкам формы, и это позволяет получать отливки высокой точности.

Один из современных способов — электрошлаковое литьё. В этом случае сначала получают жидкий металл методом электрошлакового переплава. Бездуговой переплав металлических электродов осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через расплав электропроводящего шлака. Затем жидкий металл (не соприкасаясь с воздухом) поступает в водоохлаждающий медный кристаллизатор, являющийся литейной формой. Электрошлаковое литье применяется в основном для изготовления сравнительно несложных отливок, например коленчатых валов.

Технологии литья металлов

Литье в ПГС (в землю), хтс, лгм, лвм, лпд, центробежное, литье в кокиль

При поставке литых заготовок или готовых изделий специалисты производственного объединения «ПРЕССЛИТМАШ» производят подбор литейной технологиии, оптимально подходящей для каждой конкретной детали. Правильный выбор литейной технологии способен увеличить экономическую рентабельность готового изделия в несколько раз. При выборе технологии отливки каждого конкретного изделия учитывают ряд специфических параметров как самого изделия, так и условий литейного производства.

Заказать отливку из стали, чугуна и цветных металлов вы можете в отделе сбыта по телефону +7(341)297-22-95 или отправив заявку на почту info@presslit.ru

В максимально короткие сроки мы подберём оптимальную литейную технологию и рассчитаем стоимость заказа и сроки поставки отливок.

ОСНОВНЫЕ ЛИТЕЙНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Литье в землю

литье в ПГС — песчано-глинистые смеси

Литье в ХТС

литье в холодно-твердеющие смеси

Литье ЛГМ

литье по газифицируемым моделям

литье по выплавляемым моделям

Литье ЛПД

литье под давлением

Центробежное литье

центробежное литье

Литье в кокиль

литье в кокиль

Самая массовая технология получения отливок, сочетающая относительную простоту и дешевизну формовки с более грубыми допусками по шероховатости поверхности и точности конфигурации отливки. Применяют для получения отливок 1-3 групп, но при наличии опытных формовщиков и качественной подготовки «земли» (формовочной смеси) возможно получение отливок 4-5 групп.

Технология литья в ХТС, в отличие от литья в ПГС, позволяет получать отливки более высокого качества и с меньшим количеством планируемого литейного брака. Более высокое качество поверхностей и сниженные допуски на мех. обработку отливки существенно увеличивают экономическую рентабельность готового изделия. Модельная оснастка имеет ряд особенностей по сравнению с моделями для ПГС.

Сочетает точность отливок по технологии ЛВМ с низкой себестоимости литья в «землю». Уменьшает трудозатраты, минимизирует производственные отходы.

Газифицируемые (выжигаемые) модели изготавливают из специального полистирола методом спекания в автоклаве или мех. обработки на станках с ЧПУ, также печатают на 3D-принтере из специальных пластиков с малой зольностью.

Литье по выплавляемым моделям позволяет получать отливки самого высокого качества, но особенности технологии и необходимость использования дорогостоящего специализированного оборудования делают выбор технологии ЛВМ оправданным для получения средне- и малосерийных изделий сложной конфигурации с минимальными допусками на обработку поверхностей.

При использовании данного метода литейный сплав ускоренно заполняет литейную форму под воздействием высокого (до 700 МПа) давления.

Отливки отличаются высоким качеством поверхности и точностью формы, но имеют ограничения по сложности формы, толщине стенок, маркам и химическому составу сплавов, что обусловлено особенностями данной технологии.

При литье в кокиль получают отливки с плотным строением, высокими физико-механическими свойствами и хорошей герметичностью.

Технологию применяют при серийном и крупносерийном (массовом) производстве.

При литье в кокиль изготавливают разборную форму (кокиль), в нее и производят заливку. После охлаждения кокиль раскрывают и извлекают полученную отливку.

Эту технологию используют для получения отливок, имеющих форму тел вращения. Метод состоит в том, что расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин. Среди преимуществ метода увеличение процента годного литья, повышенная плотность, возможность биметаллических отливок К недостаткам относятся высокая стоимость оборудования и оснастки.

Методы литья металлов

Способность металла в расплавленном виде заполнять любые полости человек использует уже много лет для изготовления различных изделий.

В наше время существуют различные методы литья металлов, которые отличаются друг от друга технологией, поскольку для каждого материала нужно создать определенные условия, чтобы он мог заполнять все полости заранее подготовленной формы. Это связано с разной жидкотекучестью металлов – параметром, который характеризует способность расплава быстро растекаться.

Рассмотрим подробно, какие методы литья металлов сейчас используются в промышленности, и какие детали или заготовки можно получить при их помощи.

Самые популярные методы литья металлов:

• Литье в землю;
• Литье в кокиль;
• Центробежное литье;
• Электрошлаковое литье;
• Литье под давлением;
• Статическая заливка.

Чтобы понять, в чем заключаются особенности каждого из методов, познакомимся с их технологиями.

Литье металлов в землю

Это процесс знаменит с древних времен, в наши дни он используется преимущественно для изготовления единичных отливок.

Самое главное преимущество технологии литья металла в землю – ее невысокая стоимость, а недостаток – высокая трудоемкость.

Процесс начинается с того, что в специальном цеху изготавливают модель будущей отливки, для этого используют дерево и другие материалы.

Затем готовится формовочная смесь, она содержит в своем составе землю и другие добавки. После этого изготавливается литейная форма, в которую и заливается расплав.

После остывания заготовку извлекают из формы и отправляют на дальнейшую обработку, ее очищают пескоструйным методом или шлифуют, чтобы полностью удалить остатки формовочной земли.

Для такого литья лучше всего подходит чугун, поскольку он имеет отличную жидкотекучесть, также используются и другие металлы.

Литье металла в кокиль

Данный метод литья заключается в том, что форма (кокиль), состоящая из двух частей, одна из которых содержит стержень, соединяется перед началом процесса.

Жидкий металл заливается в форму, там он быстро остывает, и уже через несколько минут получается готовая отливка, которую можно извлекать.

Для этого метода также используются только те материалы, которые обладают хорошей жидкотекучестью, а для других видов подходит литье под давлением.

Литье металла под давлением

Заполнение формы металлом в этом случае осуществляется под высоким давлением воздуха или поршня. Применение давления помогает материалу принимать даже самую сложную конфигурацию формы, заполнять ее тончайшие канавки и повторять все изгибы.

Такие методы литья металлов требуют особенно прочных форм, которые изготавливаются из стали.

Центробежное литье

Для этого способа литья используются формы из песка или металла. Особенность заключается в том, что они вращаются вокруг оси вертикально или горизонтально во время процесса.

Расплав заливается в форму и под действием центробежных сил заполняет ее периферию, затем он затвердевает.

Таким методом целесообразнее всего изготавливать трубы, кольца и подобные элементы.

Электрошлаковое литье

Жидкий металл для этого вида литья получают при помощи электрошлакового переплава.

В качестве литейной формы используется кристаллизатор из меди с водным охлаждением, в него и попадает металл после плавления, не соприкасаясь с воздухом.

Статическая заливка металла

Это самый простой способ, при котором расплав заливается в неподвижную форму до полного ее заполнения. Затем он застывает и извлекается.

Методы литья металлов такого типа позволяют изготавливать отливки самой простой формы.

Достоинства и недостатки технологии литья металлов

Изготовление металлических изделий при помощи литья имеет свои преимущества и недостатки.

К преимуществам можно отнести относительную простоту технологий и высокую производительность, также хорошее качество полученных отливок.

Явными недостатками являются: потребность в применении специальных плавильных печей, большая энергоемкость процессов, невозможность применения метода к определенным видам металла.

Несмотря на это, многие промышленные предприятия пользуются технологией для изготовления самых различных деталей.

Кроме того, в последнее время появились технологии, позволяющие максимально автоматизировать все процессы, что сделало их менее трудоемкими.

Презентация оборудования и технологий для литья металлов на специализированной выставке

На мероприятии международного класса экспоненты из разных стран мира представят новейшие методы литья металлов и других технологий обработки, продемонстрируют оборудование и инструменты, познакомят гостей со своими последними разработками.

Заказать электронные билеты можно прямо сейчас, чтобы не пропустить самое важное событие года в области металлообработки.