Технология холодного литья

Технология холодного литья

Алюминий один из самых популярных цветных металлов, который широко используется во всех видах промышленности. Такую популярность он получил, благодаря своей легкости, надежности и устойчивости к коррозии. Кроме того, алюминий легко поддается обработке. Он имеет высокую степень электропроводности и теплопроводности. Это гигиеничный материал безопасный для человека. К недостаткам можно отнести нестойкость алюминия к механическим повреждениям, но для увеличения прочности обычно используют не чистый алюминий, а его сплавы.

«Московский литейный завод предлагает изделия из литья металлов широкого спектра использования. В своем производстве мы пользуемся различными методами для литья (например, холодное литье алюминия), выбирая самый правильный метод с точки зрения рациональности. Для повышения качества изделий мы производим максимально качественную обработку алюминия после литья с соблюдением всех технологических требований.

Холодное литье алюминия

Более 50% литых изделий из алюминия выполняется методом литья под давлением в специальные пресс-формы. Для производства таких работ завод литья оборудован машинами для литья горячего, а также холодного прессования. Литье сплавов тугоплавких металлов (таких, как, например, алюминий, цинк, медь) выполняют при помощи машин, оснащенных холодными камерами прессования.

Остановимся на принципе работы машин с камерами для холодного литья алюминия. Жидкий металл вливается в цилиндр машины (объем жидкого метала рассчитывается исходя из того, сколько его понадобится для заполнения пресс-формы), а затем гидравлический поршень под давлением отправляет расплавленный металл для заполнения пресс-формы. Основные достоинства метода:

• Возможность получения изделия любых сложных форм;
• Низкий уровень шероховатостей;
• Практически не дает наплывов.

Машины, в которых происходит процесс холодного литья алюминия, рассчитаны на 50-180 ударов в час.

Обработка литья алюминия: виды и технологии

После того, как литье выбито из формы его необходимо обработать. Технология обработки литья алюминия во многом зависит от того, какие требования предъявляются к готовому изделию. После выбивки обычно производят обрубку и очистку. Обрубку литников и выпоров производят при помощи молотков, зубил, абразивных кругов или применяют анодно-механическую, или газовую резку. Обрубку так же производят на токарных станках. Механическая обработка алюминия включает в себя также обработку резанием. При таком виде обработке рекомендуется применение максимально высоких скоростей, чтобы достигнуть минимальную шероховатость поверхности.

Некоторые процессы обработки предназначены для того, чтобы улучшить поверхность деталей и сделать изделие, которое максимально не будет подвергаться коррозии. Такие методы обработки алюминия после литья включают в себя:

• Шлифовку и полировку;
• Электрохимическое окисление;
• Эмалирование (или нанесение лакокрасочного покрытия).

Перед обработкой изделия тщательно очищают при помощи специальных химических растворов.

Обработка литья алюминия позволяет достичь в разной степени:

• Более высокой (до максимального значения) сопротивляемости коррозии;
• Более высокой сопротивляемости механическим повреждениям и агрессивным внешним воздействиям;
• Улучшение эстетических качеств материала, а также придания металлу светоотражающей способности.

Заводское качество обработки литых изделий несомненно остается вне конкуренции.

Термообработка литья алюминия для повышения механических свойств и устойчивости к коррозии

В зависимости от того, каким методом выполнялось литье, к отливкам применяют различные термические методы обработки. Термообработку литья алюминия можно разделить на следующие виды:

• Упрочение старением;
• Отжиг (для снятия остаточного напряжения);
• Полный отжиг;
• Гомогенизация;
• Стабилизирующий отпуск.

Наиболее распространенные виды термообработки алюминия после литья: отжиг и старение. Отжиг выполняют в специальных печах. Температура отжига определяется структурой сплава, а также условиями работы детали. Методом старения повышают прочность закаленного сплава, а также получают более стабильные размеры деталей.

Мы затронули только некоторые вопросы термообработки литья алюминия. За более подробной информацией вы всегда можете обратиться к нашим консультантам, которые ответят на любой интересующий вас вопрос.

Приобретая изделия литья ответственно подойдите к выбору. Помните, что заводское изделие всегда отличается тем, что прошло полный цикл контроля, проверок и испытаний и всегда выполняется в строгом соблюдении технологий и в соответствии со всеми принятыми ГОСТами.

Изготовление форм ХТС и особенности литья

ХТС – это холоднотвердеющие смеси, которые становятся твердыми и прочными без воздействия высоких температур. Они принимают заданную форму просто на воздухе или при обработке газовыми реагентами.

Технология получила свое название именно из-за того, что для отверждения состава не нужно термовоздействие и дополнительная просушка, в отличие от других типов формовки на основе песка.

В состав холоднотвердеющих смесей входит песок кварцевый, смола (полимерная или органическая) и катализатор отверждения смолы. Помимо основных компонентов, в состав могут входить регуляторы скорости отверждения и другие ингредиенты, обеспечивающие достижение нужных технических характеристик материала (например, облегчающие выбивку).

Приготовление

Для приготовления ХТС используются высокопроизводительные смесители лопастного или шнекового типа. Смесь готовится очень быстро, поэтому установки для ее создания размещаются прямо на производственном участке, где осуществляется формовка.

Сначала в смешивающее устройство помещается песок, затем катализатор в жидком виде, и в последнюю очередь – смола. Состав остается в жидком состоянии не более получаса, поэтому формовку нужно выполнять как можно быстрее, пока состав не затвердел. Из смесителя состав подается прямо в опоки — специальные стержневые ящики.

Технические характеристики

Прочность на сжатие:

• Около 180 кПа через 15 минут с момента приготовления;
• Около 700 кПа — через 60 минут с момента приготовления.

Через 24 часа с момента приготовления прочность на сжатие составляет:

• Для штучного и мелкосерийного производства

— от 1,96-3,92 МПа (стержни);

• Для массового, серийного производства

— от 2,94 до 5,88 МПа (стержни);

— от 0,196 до 1,47 МПа.

Чаще всего применяются для создания форм, использующихся в штучном и мелкосерийном производстве, т.к. цена материалов довольно высока, а особенности технологии требуют очень высокой скорости и точности действий. Применение ХТС в качестве общих материалов для серийного производства целесообразно в том случае, если соотношение массы формы ХТС/массе заливки металла составляет не более 3/1.

Высокая стоимость работы с холоднотвердеющими смесями компенсируется тем, что отливки получаются точными и гладкими, они практически не нуждаются в доработке.

ХТС-процесс: изготовление литейных форм

Изготовление стержней и форм для литья из холоднотвердеющих смесей называется ХТС-процесс. Они создаются из сыпучих смесей под воздействием газовых реагентов. Чтобы сделать материал более прочным, применяются специальные химикаты, которые надежно скрепляют частицы состава; термообработка при этом не требуется.

ХТС-процесс является относительно «молодой» технологией – она получила активное распространение всего около 10 лет назад. В силу высокой стоимости и определенной сложности процесса , эта технология пока не является массовой, хотя само ее существование открывает широкие перспективы в металлургии и различных сферах промышленности.

Для формовки ХТС просто заливается в опоку и остается там до отверждения. Как правило, это не более 20-30 минут при комнатной температуре (около 20°С).

По размеру литейные ХТС меньше, если сравнивать их с литьем в песок. При этом стоимость получается выше – именно поэтому в массовом производстве ХТС используются довольно редко.

При соблюдении технологии все выполняется очень быстро и просто, не требуются никакие дополнительные манипуляции; нужно лишь использовать качественное сырье и следить за временем. Для сравнения – при литье в землю будущую заготовку нужно трамбовать, что требует определенных усилий и времени, в итоге технологический процесс усложняется.

Преимущества технологии

• Смесь готовится просто и быстро – для этого нужно всего одно устройство (смеситель). Этот же агрегат используется для транспортировки смеси в опоки.
• Изделия автоматически приобретают прочность еще в оснастке – это обеспечивает им высокое качество без дополнительных усилий и расходования ресурсов.
• Важное преимущество ХТС-процесса – его экологичность и безопасность. В состав входят натуральные ингредиенты (песок, смола), которые не представляют опасности для человека и окружающей среды. Даже если в состав смеси входят полимерные смолы и отвердители, это не делает процесс более вредным.
• Процент пригара сводится к минимуму, поверхность отливок получатся гладкой и ровной, они легко извлекаются наружу.
• В процессе формовки существенно уменьшается число «газовых раковин» и иных недочетов, часто приводят к искажению (размыванию, обрушению, поддутию и пр.).
• Отливки получаются точными и ровными, они практически не нуждаются в последующей механической обработке. Точность отливок соответствует 7 классу по ГОСТу 26645-85.
• Обеспечивается экономия металла за счет того, что отливка получается максимально точной, и не требуется удалять «излишки» с полученного изделия – получается практически безотходное производство.
• Технология может применяться для создания отливок практически любых сплавов (как черных, так и цветных).

• Оснастка при необходимости меняется очень быстро – это обеспечивает оперативное изготовление разной продукции, что актуально при широкой номенклатуре.

• От оснастки опоками вообще можно отказаться – это обеспечит экономию места.

Литье в формы ХТС

Литье в ХТС – оптимальный способ создания сложных отливок, с углублениями под поверхностью. Главные преимущества литья в ХТС – высокая точность и гладкость поверхности изделий.

Еще одно огромное преимущество процесса литья в холоднотвердеющие смеси — полученные формы многоразовые, их можно использовать для отливок повторно. В масштабах серийного производства это дает существенную экономию средств и трудозатрат.

Изделие сразу приобретает нужную конфигурацию с гладкой поверхностью и без дефектов. В большинстве случаев получается практически готовое изделие, которому не нужна постобработка.

Особенности литья в ХТС

Припуски на доработку закладываются минимальные – всего 1-3 мм. Для сравнения: при литье в песок приходится закладывать на припуски от 5 до 40 мм – в итоге требуется серьезная доработка, а также остается значительное количество металла в отходах. В масштабах большого производства все эти доработки отливок и отходы металлов превращаются в значительные статьи расходов – так что и ХТС процесс уже не выглядит чересчур дорогим.

Припуски нужны только там, где доработка точно потребуется; а в данном случае она может вообще не понадобиться. В итоге, масса изделия получается минимальной, и стоимость его производства может оказаться вполне сопоставима с литьем в песок.

Формовка холоднотвердеющими смесями чаще всего применяется для отливок из следующих металлов:

• Медь;
• Сталь углеродистая, нержавеющая, жаропрочная;
• Алюминий;
• Чугун легированный.

Эти материалы отличаются высокой стоимостью и сложностью обработки, поэтому при создании изделий из них очень важно сразу создавать качественные отливки и свести к минимуму риск появления брака.

Литейное производство

ООО «ПМК-Прогресс» предлагает следующие виды литья:

— Литье по газифицированным моделям:

Литье по газифицированным моделям применяется для производства точных (минимальная механическая обработка) отливок из легированных сталей, высоколегированных жаропрочных (хладостойких) и износостойких углеродистых сплавов, высокомарганцовистых сталей, чугуна, высокопрочного чугуна, бронзы и латуни. Масса отливок от 0,2 до 500 кг. Точность отливок в зависимости от размеров 6-10 классов по ГОСТ 26645-85.

Габариты: размеры отливок до 2000×700×500мм. Масса: от 0,2 до 500 кг.

Материал:

сталь марок: 25Л, 35Л, 45Л, 30ХНЛ, 35ХМЛ, 20Х25Н19С2Л, 35Х18Н24С2Л, 35Х23Н7СЛ, 40Х9С2Л, 40Х24Н12СЛ, 40Х23Н10СЛ, 110Г13Л.

чугун марок: СЧ15, СЧ18, СЧ20, ВЧ40,ЧХ16М2,ЧХ28,ЧХ30 и т.д.

— Литье в ХТС (холодно твердеющие смеси):

Холодно-твердеющие смеси – это специальные смеси, которые после изготовления не требуют нагрева в сушильных печах. Благодаря связующим составляющим и отвердителям, они самозатвердевают на воздухе за 10-15 мин. Эта технология очень похожа на традиционную (литье металла в песчано-глинистые формы), только в виде связующего вещества для смесей песка применяют искусственные смолы. Для отверждения смол применяется продувка стержневых ящиков различными третичными аминами. Возможность получать отливки 7 класса точности по ГОСТ 26645-85. Холодно-твердеющие смеси крайне редко применяются в качестве общих формовочных материалов вследствие высокой стоимости связующих и затруднительной регенерации смесей. Применение ХТС для изготовления форм экономически оправдано в том случае, когда отношение массы формы к массе заливки металла не превышает 3:1. Поэтому эти смеси используются преимущественно для изготовления стержней, позволяющих формовать полости в отливке. Технология литья в ХТС позволяет обеспечить высокое качество поверхности литья, отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке.

— Литье по выплавляемым моделям:

Это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 2—5-му классам точности (ГОСТ 26645-85), и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья. По выплавляемым моделям отливают лопатки турбин, режущий инструмент (фрезы, сверла), кронштейны, карабины, мелкие детали автомобилей, тракторов.

Габариты: максимальный диаметр, высота, длина, ширина – 300 мм; толщина стенок – от 3 мм.

Масса: от 0,02 до 30 кг (при художественном литье масса не ограничена)

— Литье в землю (литье в песчано-глинистые формы):

Литье в землю является сравнительно простым и экономичным технологическим процессом. Во многих отраслях машиностроения (автомобилестроение, станкостроение, вагоностроение и др.) при массовом производстве отливок чаще всего применяется этот метод. Его технологические возможности: в основном, в качестве материала отливок используется серый чугун, обладающий хорошей жидкотекучестью и малой усадкой (1%), малоуглеродистая сталь (

13.5 Основы технологии литья

В вагоностроении многие детали получают с помощью литья, осуществляемого различными способами: в формы — металлические (кокиль), оболочковые, песчаные, самотвердеющие; по выплавленным моделям; под давлением; центробежное и др.

Литье в кокиль (кокильное литье) — способ получения фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и других сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до десятка тысяч раз. Для стали этот метод литья находит меньшее применение, чем для цветных металлов.

Литье в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зерен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Этим способом изготавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительное повышение производительности по сравнению с литьем в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Литье в песчаные формы — способ получения отливок в разовых формах, изготовленных из песчано-глинистых смесей. Литье в самотвердеющие формы — способ получения отливок, при котором используют литейные формы и стержни, изготовленные из смесей, затвердевающих на воздухе и не требующих сушки и дополнительной обработки внешними реагентами.

Литье по выплавленным моделям — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъемной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением — прецизионное литье. Размеры отливок, полученных этим способом, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счет сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Литье под давлением — способ получения из сталей и сплавов цветных металлов в пресс-формах, которые сплав заполняет с большой скоростью под высоким давлением, приобретая очертания отливки. Литье производят на литейных машинах с холодной и горячей камерами прессования (рис. 13.13). При получении отливок на машинах с холодной камерой прессования (рис. 13.13, а и б) необходимое количество сплава заливается в камеру прессования вручную или заливочным дозирующим устройством.Сплав из камеры прессования под давлением поршня через литниковые каналы поступает в оформляющую полость плотно закрытой формы, излишек сплава остается в камере прессования в виде пресс-остатка и удаляется. После затвердевания сплава форму открывают, снимают подвижные стержни и отливка выталкивателями удаляется из формы. При получении отливок на машинах с горячей камерой прессования (рис. 13.13, в) сплав из тигля нагревательной печи самотеком поступает в камеру прессования.

После ее заполнения срабатывает автоматическое устройство (реле времени, настроенное на определенный интервал), а поршень начинает давить на жидкий сплав, который через обогреваемый мундштук и литниковую втулку под давлением поступает по литниковым каналам и оформляющую полость формы и кристаллизуется. Через определенное время, необходимое для образования отливки, срабатывает автоматическое устройство на раскрытие формы и отливка удаляется выталкивателем.

Данный метод обеспечивает высокую производительность от 1 до 50 заливок в минуту, точность размеров, четкость рельефа и качество поверхности. Применяют многогнездовые формы, в которых за 1 заливку изготовляют более 20 деталей.

Центробежное литье — изготовление отливок в металлических формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбрасывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку. Этот способ литья широко распространен в промышленности при получении пустотелых отливок, например, пустотелых осей колесных пар вагонов.

В зависимости от положения оси вращения форм различают горизонтальные и вертикальные литейные центробежные машины. Горизонтальные машины (рис. 13.14, а) наиболее часто применяют при изготовлении трубчатых изделий. При получении отливок на машинах с вертикальной осью вращения (рис. 13.14,6) металл из ковша заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем.

Центробежная сила прижимает металл к боковой цилиндрической стенке. Форма вращается до полного затвердения металла, после чего ее останавливают и извлекают отливку. Сложные внутренние стенки отливки выполняют при помощи стержней. Стенки форм для отливок со сложной наружной поверхностью покрывают формовочной смесью, которую уплотняют роликами, образуя необходимый рельеф. Отливки, полученные методом центробежного литья, по сравнению с отливками, полученными другими способами, обладают повышенной плотностью во внешнем слое.

Методы литья под давлением и прессованием широко применяются в вагоностроении и при ремонте вагонов для изготовления деталей внутреннего оборудования из полимерных материалов, пластмасс и резиновых смесей (термопластов и реактопластов). При литье под давлением материал нагревается и размягчается (пластицируется) в обогреваемом цилиндре литьевой машины (рис. 13.15, а), откуда под давлением червяка или поршня нагнетается в литьевую форму.

После остывания материала (для термопластов), отверждения (для реактопластов) или вулканизации (для резиновых смесей) он сохраняет конфигурацию и размеры изделия. Преимущества метода по сравнению с другими методами формирования изделий из полимерных материалов — высокие производительность и качество изготовляемых изделий.

Литьевое прессование пластмасс (трансферное прессование) — метод изготовления изделий различной формы из реактопластов, при котором материал размягчается (пластицируется) в литейном цилиндре (тигле), откуда нагнетается в пресс-форму (рис. 13.15, б), где, отверждаясь, принимает конфигурацию и размеры изделия. Литьевое прессование пластмасс осуществляют на универсальных прессах с одним рабочим плунжером для замыкания пресс-формы и нагнетания в нее материала или на специализированных прессах, у которых замыкание пресс-формы осуществляется одним плунжером, а нагнетание — другим. По технологии и оборудованию литьевое прессование занимает промежуточное место между прессованием полимерных материалов и литьем под давлением полимерных материалов. Прессование полимерных материалов (компрессионное) — метод изготовления изделий из пластических масс и резиновых смесей в пресс-формах, установленных на прессе (чаще всего гидравлическом). В зависимости от температуры пресса этот метод подразделяют на высокотемпературное (горячее) и низкотемпературное (холодное) прессование.

При горячем прессовании материал, например в виде пресс-порошка (обычно таблетированного или гранулированного) или листов, помещают в разомкнутую пресс-форму, нагретую до заданной температуры. При опускании пресса форма замыкается, материал в результате нагревания и создаваемого прессом давления растекается и заполняет формующую полость, приобретая размеры и конфигурацию изделия. Реактопласты и резиновые смеси выдерживают в пресс-форме под давлением до завершения процесса отверждения или вулканизации,после чего плунжер пресса поднимают и выталкивают из разомкнутой формы готовое изделие. Холодное прессование используют главным образом для переработки термопластов, не размягчающихся при нагревании, например фторопластов. В этом случае материал прессуют (уплотняют) в холодных формах, а затем, после извлечения из формы, подвергают термообработке, так называемому спеканию.

Литейное производство является одной из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки, получаемые в литейных формах при заполнении ими жидким сплавом. Литые детали используют в вагонах: боковые рамы, надрессорные и соединительные балки тележек; корпуса букс, автосцепок, поглощающих аппаратов; многие изделия тормозного оборудования и др. Значительный объем литых изделий потребляют в металлообрабатывающей, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также на железнодорожном транспорте.

Технологический процесс литейного производства многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм — на обычное литье, литье центробежное и под давлением; по способу изготовления литейных форм—на литье в разные формы (служащие для получения только одной отливки), литье в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называемые полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литье в многократно используемые, так называемые постоянно металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тысяч заливок. При производстве заготовок литьем используют разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют с помощью модельного комплекта и опоки (рис. 13.16).

Наиболее распространено в вагоностроении производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ широко применяется для производства крупного литья. Технологический процесс литья в песчаные формы (рис. 13.17) складывается из ряда последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, выбивка охлажденной отливки, очистка отливки, термообработка и отделка. Для получения необходимых механических свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают термической обработке. После контроля качества литья и исправления дефектов отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Формы и стержни изготовляют на специальном формовочном оборудовании и станках. Большинство технологических операций трудоемко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоемкости и создания нормальных сангигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций.

Наиболее трудоемкие операции при производстве отливок — формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках технологические операции в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы. Особенно эффективно внедрение в литейном производстве комплексной механизации и автоматизации. Например, изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы (рис. 13.18).

Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущимся конвейере (рис. 13.19).

Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоемкость определенной формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляется автоматическим устройством.Для операций очистки и зачистки отливок применяют проходные барабаны непрерывного действия с дробеметными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного действия, вдоль которых отливки передвигаются на замкнутом транспортере. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости.