Литье в землю кратко. Литье металлов. Литье в металлические формы-кокили

литейный литье отливка заготовка

К специальным способам относят литье:

• а) в металлические формы (кокиль);
• б) центробежное;
• в) под давлением;
• г) в тонкостенные разовые формы;
• д) по выплавляемым моделям;
• е) оболочковое;
• ж) электрошлаковое литье.

Специальные способы литья позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; позволяет повысить механические свойства отливок и уменьшить потери от брака; значительно снизить или исключить расход формовочных материалов; сократить производственные площади; улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда. Экономическая целесообразность замены литья в разовые песчано-глинистые формы тем или иным специальным способом зависит от масштаба производства, формы и размеров отливок, применяемых литейных сплавов и т. п. Она определяется на основе тщательного технико-экономического анализа всех затрат, связанных с новым технологическим процессом.

Одним из наиболее распространенных является литье в кокиль . Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали. Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливок из цветных или железоуглеродистых сплавов. Стойкость кокилей зависит от материала и размеров отливки и самого кокиля, а также от соблюдения режима его эксплуатации. Перед заливкой металла кокили подо-гревают до температуры 100 - 300 °С, а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Покрытие обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облегчение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. В процессе работы необходимая температура кокиля поддерживается за счет теплоты, выделяемой заливаемым металлом. После затвердевания отливку извлекают вытряхиванием или при помощи выталкивателя.

Кокильное литье позволяет снизить расход металла, получить отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшить их физико-механические свойства. Вместе с тем этот способ литья имеет и недостатки. Быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением - один из наиболее производительных методов получения точных фасонных отливок из цветных металлов. Сущность способа заключается в том, что жидкий или кашицеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют.

По способу создания давления различают: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, жидкую штамповку.

Наиболее распространено формообразование отливок под поршневым давлением - в машинах с горячей или холодной камерой сжатия.

Литьем под давлением производят детали приборов и корпусные детали массой до 50 кг, головки цилиндров мотоциклетных двигателей. В отливках можно получать отверстия, надписи, наружную и внутреннюю peзьбу.

На рис. 9.2, а показана последовательность получения отливки на поршневой машине (с холодной вертикальной камерой сжатия). Расплавленный металл подается порцией в вертикальную камеру прессования 2 . При движении вниз поршень давит на металл, перемещает вниз пяту 4 , в результате чего открывается питательный канал 7, и металл поступает в полость пресс-формы 5 . После заполнения пресс-формы и выдержки в течение 3 - 30 с поршень и пята поднимаются, при этом пята отрезает литник и выталкивает пресс-остаток 6 . Подвижная часть пресс-формы 8 отходит вправо и отливка 7 легко извлекается. Внутренние полости и отверстия в отливках выполняются с помощью металлических стержней.

Перед началом работы пресс-форму подогревают и смазывают.

В процессе работы поддерживается необходимая температура и прессформа периодически смазывается.

Стоимость пресс-формы в 3 - 5 раз превышает стоимость кокиля. Стойкость пресс-форм в зависимости от размеров и формы отливок составляет: при литье из цинковых сплавов - 300 - 500 тыс. отливок, из алюминиевых - 30 - 50 тыс., медных - 5 - 20 тыс. отливок.

В условиях массового производства экономически оправдано применение литья под давлением, так как этот способ позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10 - 12 раз, а трудоемкость механической обработки - в 5 - 8 раз. За счет высокой точности изготовления и обеспечения повышенного качества поверхности достигается экономия до 30 - 50 % металла по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы.

Рисунок 9.2 Технологический процесс специальных способов литья: а - последовательность получения отливки под давлением на поршневой машине; б - процесс центробежного литья

Цeнтробежный способ литья (см. рис. 9.2, б) применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму. Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Центробежное литье высокопроизводительно (за один час можно отлить 40 - 50 чугунных труб диаметром 200 - 300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и металлические отливки последовательной заливкой двух сплавов (например, стали и бронзы).

Как и при кокильном литье, металлические формы перед заливкой жидкого металла подогреваются, и на них наносятся защитные покрытия. После заливки формы иногда охлаждают водным раствором для увеличения производительности машин и предохранения их от перегрева. Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20 - 60 %.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок.

Литье по выплавляемым моделям состоит в следующем. Металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Точность размеров и чистота поверхности получаемых отливок таковы, что позволяют сократить объем механической обработки или отказаться от нее, что особенно важно при изготовлении деталей из труднообрабатываемых сплавов.

Технология производства отливок по выполняемым моделям включает следующие этапы: изготовление пресс-форм для моделей; получение восковых моделей запрессовкой модельного состава в пресс-формы; сборка блока моделей на общий питатель (в случае мелких отливок); нанесение огнеупорного покрытия на поверхность единичной модели или блока; вытапливание моделей из огнеупорных (керамических) оболочек-форм; прокаливание форм; заливка металла в горячие формы. Литьем по выплавляемым моделям получают разнообразные сложные отливки для автотракторостроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов, лопаток турбин, режущих и измерительных инструментов.

Стоимость 1 т отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготовляемых другими способами, и зависит от многих факторов (серийности выпуска деталей, уровня механизации и автоматизации литейных процессов и процессов механической обработки отливок).

В большинстве случаев снижение трудоемкости механической обработки, расхода металла и металлорежущего инструмента при применении точных отливок взамен поковок или отливок, полученных другими способами, дает значительный экономический эффект. Наибольший эффект достигается при переводе на литье по выплавляемым моделям деталей, в структуре себестоимости которых большую долю составляют затраты на металл и фрезерную обработку, особенно при применении труднообрабатываемых конструкционных и инструментальных материалов.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20 - 40 % снизить массу отливок и на 40 - 60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз. Этим способом получают ответственные детали машин - коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т.п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

Литье в постоянные металлические формы (кокили) - один из распространенных прогрессивных спосо­бов, которым можно получать отливки из чугуна, стали и цветных сплавов. Кокили - литейные формы много­кратного использования (5000 раз при заливке чугуна, 700 раз при заливке стали). Их изготовляют из чугуна или стали, цельными и разъ­емными. Наибольшее рас­пространение получили разъ­емные кокили, состоящие из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоско­стью разъема (рис. 18.5).

Процесс литья в кокили включает следующие опера­ции: очистку кокиля, нанесение на внутреннюю полость кокиля огнеупорной обмазки для предотвращения по­верхностной закалки стали и отбеливания чугуна, нагрев кокиля до 200-300 °С, сборку полуформ, заливку распла­вленного металла. Производительность труда при литье в кокили значительно повышается при использовании многопозиционных машин карусельного типа, на опреде­ленных позициях которых последовательно выполняется одна из операций.

Преимуществами литья в кокили по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы являются: получение отливок более точных размеров и форм, мел­козернистая структура металла, обеспечение высокой производительности труда, более низкой стоимости от­ливок, улучшение условий труда литейщиков и т. д. Не­достатки метода - высокая стоимость кокилей, низкая газопроницаемость и податливость металлической фор­мы, приводящая к образованию газовых раковин и тре­щин в отливках.

Центробежное литье - высокопроизводительный спо­соб изготовления отливок тел вращения с центральным отверстием - труб, втулок и др., а также фасонного литья. Сущность литья заключается в том, что распла­вленный металл заливается во вращающуюся форму. Под действием центробежных сил он отбрасывается к стенкам формы, затвердевает, получая плотную струк­туру без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке.

Для центробежного литья применяют два типа ма­шин: с горизонтальной и вертикальной осями вращения формы. В машинах с горизонтальной осью вращения (рис. 18.6, а) металл из ковша 1 через желоб 2 заливается во вращающуюся форму 3, где затвердевает. После охла­ждения готовая отливка с помощью специальных при­способлений извлекается из формы. Отливки получаются точной конфигурации, с малой шероховатостью поверх­ностей и имеют плотную мелкозернистую структуру ме­талла.

Центробежным литьем получают отливки из чугуна, стали и цветных сплавов.

Машины с горизонтальной осью вращения приме­няют для изготовления чугунных и стальных труб, вту­лок и других тел вращения с отверстием. Машины с вертикальной осью вращения (рис. 18.6,6)-для получения фасонного литья малой высоты.

Центробежное литье обеспечивает высокую произво­дительность труда, не требует изготовления стержней и затрат на формовочные смеси, обеспечивает высокое качество отливок, сокращает потери от брака, улучшает условия труда и т. д.

Литье под давлением - один из производительных и точных методов литья, применяемый для получения отливок мелких и средних размеров из сплавов цветных металлов (цинковых, алюминиевых, медных и маг­ниевых). Литейную пресс-форму изготовляют обычно из углеродистой или легированной стали разъемной, состоя­щей из подвижной и неподвижной частей, образующих полость для заливки металла.

Сущность процесса литья заключается в том, что рас­плавленный металл заполняет пресс-форму 1, 2 под да­влением поршня 3. После затвердевания металла форма раскрывается и отливка извлекается (рис. 18.7, а).

Применяют поршневые машины с горячей и холод­ной (горизонтальной или вертикальной) камерой прессо­вания. Поршневые машины с горячей камерой прессова­ния применяют для изготовления небольших отливок из магниевых и цинковых сплавов. Камера прессования ука­занных машин располагается в обогреваемом тигле 4.

При движении прессующего поршня вниз определенное количество металла через отверстие 5 поступает в металлопровод 6 и далее заполняет полость пресс-формы (рис. 18.7,4).

Машины с холодной камерой прессования исполь­зуют в основном для литья корпусных деталей из более тугоплавких цветных сплавов: алюминиевых и медных. В этих машинах расплавленный металл мерными дозами заливают в камеру прессования, в которой прессующий поршень перемещается в горизонтальной или вертикаль­ной плоскости (рис. 18.7, б, в). Наиболее эффективны ма­шины с горизонтальной холодной камерой прессования, так как здесь снижаются гидравлические потери и отсут­ствует пресс-остаток металла.

Литье в оболочковые формы - один из точных мето­дов, применяемый в массовом и крупносерийном про­изводствах для изготовления фасонных отливок из стали, алюминиевых и медных сплавов. Для получения оболо­чек используют смесь кварцевого песка с термореактив­ной смолой, которая при 100 -200 °С расплавляется, а при дальнейшем нагреве до 200 -250 °С необратимо за­твердевает, поэтому подмодельную плиту и металличе­скую полумодель нагревают до 200 -250 °С. Модель / покрывают разделительным составом (например, сили­коновой жидкостью), затем ее вместе с подмодельной плитой 5 закрепляют на бункере 2, в котором находится песчано-смоляная смесь 3 (рис. 18.8, а, б). Бункер перево­рачивают (рис. 18.8, в), и смесь, соприкасаясь с нагретой моделью, плавится, образуя оболочку 4 толщиной 5-15 мм (рис. 18.8, д). При возвращении бункера в исходное положение (рис. 18.8, г) модель с образованной оболочкой 4 снимают (рис. 18.8, д) и просушивают в электрической печи при температуре 300 -350 °С (в течение 1 - 3 мин). Отвердевшую оболочку снимают с полумодели. Так же изготовляют вторую полуформу. Далее полуформы со­бирают, склеивают, при необходимости устанавливают стержень. Полученную оболочковую форму укладывают в опоку и засыпают песком (рис. 18.8, е). Металл зали­вают в формы через литниковый канал и после его охла­ждения форму разрушают, а отливку подвергают даль­нейшей обработке.

Литье в оболочковые формы легко механизируется и автоматизируется. Получили распространение одно-, двух- и четырехпозиционные машины с полуавтоматиче­ским или автоматическим управлением.

Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность размеров отливок (до 12-13-го квалитетов точ­ности), малую шероховатость поверхностей, высококаче­ственную структуру металла, снижение брака литья, вы­сокую производительность труда, снижение затрат на последующую механическую обработку (в некоторых случаях механическая обработка вообще не требуется) и т. д.

Литье по выплавляемым моделям, являющееся одним из древнейших методов художественного и производ­ственного литья, получило в последние годы большое распространение в промышленности. Это объясняется высокой точностью получаемых отливок. Однако слож­ность и высокая трудоемкость технологического процес­са, высокая стоимость отливок заставляют применять этот способ лишь для изготовления отливок особо слож­ной формы или из труднообрабатываемых легированных сталей и твердых сплавов в массовом или крупносерий­ном производствах.

Литье по выплавляемым моделям включает следую­щие этапы. Сначала изготовляется модель-эталон отлив­ки из легкообрабатываемого сплава (алюминиевого или медного). По металлическому эталону изготовляют пресс-форму, в которой прессуют модель из легкоплав­ких материалов (парафина, стеарина, полистирола, цезерина, воска и др.). Такую модель покрывают огнеупорным составом - керамической суспензией и кварцевым пе­ском, а затем просушивают при 150 -200 °С. Эту опера­цию повторяют многократно для получения более про­чной формы. При этом расплавленный материал выте­кает из формы. Полученную огнеупорную литейную форму прокаливают в печи при 800 -850 °С. Далее форму устанавливают в опоку с песком или другим наполни­тельным материалом и подвергают обжигу, после кото­рого форма готова к заливке металла. Очистку отливки от остатков керамического покрытия осуществляют вы­щелачиванием с последующей ее промывкой в горячей воде.

При изготовлении мелких и средних деталей целесо­образно изготовлять модельные блоки (на рис. 18.9, а -блок моделей, б - блок, покрытый слоем огне­упорного материала, в - заформованный блок моделей), состоящие из нескольких моделей, связанных литниковой системой.

Для определения эффективности применения любого метода литья необходимо проводить технико-экономиче­ский анализ, учитывающий все производственные фак­торы.

Одним из недостатков процесса литья является отно­сительно большой процент брака. Наиболее характерны­ми дефектами литья являются: трещины, раковины (воз­душные, газовые, шлаковые), ликвация - неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кри­сталлизации, заливы, недоливы, перекосы, коробление и пр.

Для снижения брака в литейном производстве необхо­димо проводить контроль на всех стадиях технологиче­ского процесса литья, а исправимые дефекты и пороки литья (например, открытые раковины, наружные тре­щины) целесообразно исправлять: заваривать, заделы­вать пробками и др.

Известно множество разновидностей литья:

в песчаные формы (ручная или машинная формовка);

в многократные (цементные, графитовые, асбестовые формы);

в оболочковые формы;

по выплавляемым моделям;

по замораживаемым ртутным моделям;

центробежное литье;

в кокиль ;

литьё под давлением;

по газифицируемым (выжигаемым) моделям;

вакуумное литьё;

электрошлаковое литьё;

литьё с утеплением.

Так как разновидности литья различаются одновременно по многим разнородным признакам, то возможны и комбинированные варианты, например, электрошлаковое литьё в кокиль.

[Править] 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. Вначале изготовляется литейная модель (ранее - деревянная, в настоящее время часто используются пластиковые модели, полученные методами быстрого прототипирования ), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком илиформовочной 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 (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия - литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяютлитниковую систему (обычно это обрубка), удаляютоблой и проводяттермообработку .

Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего. Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т. д. Для формирования формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ - поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.

[Править] 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. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действиемсилы тяжести .

Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200-300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующегоотжига . При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. 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 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

По различным оценочным данным, литейные технологии применяют для производства большего количества деталей и заготовок. Существует не один вид литейных технологий, позволяющие получать заготовки разной формы, размеров, точности и выполняемых из различных материалов.

Существуют простейшие технологии получения заготовок, например, литье в песок и довольно сложные, в частности, особо специальное точное (прецизионное).

Оно позволяет создавать детали, которые не требуют дальнейшей механической или любой другой обработки.

Виды специального литья

Литье металла в песок (землю) связано с определенными сложностями, в частности, подобное производство требует большого оборота формовочного материала. Кроме того, применение такого способа литья не всегда приводит к получению заготовок требуемого качества.
Развитие металлургической науки привело к тому, что появились новые, специальные способы литья металлов.

К специальным способам относят — разлив металла в формы, выполненные из металла, литье в формы, выполненные в виде оболочек, литье под воздействием центробежной силы и некоторые другие.

Главное достоинство названных специальных методов литья то, что металлурги стали получать качественные детали, снизили количество некондиционной продукции, подняли производительность на производстве. Разумеется, вводимые в эксплуатацию специальные методы литья оказывают положительное влияние на улучшении условий труда рабочих и инженеров.

Рассмотрим некоторые из этих специальных способов подробнее.

Кокильное литье

Разлив в формы, выполненные из металла. Суть этого специального метода состоит в том, что отливки получают, заливая расплав в металлические формы. Такие формы называют кокилями. Их изготавливают в двух исполнениях – разъемные и неразъемные. Первые состоят из нескольких частей, эти формы используют для производства сложных по форме отливок. Неразъемные формы используют для производства простых отливок и пр.
Для металлических форм применяют чугун марки СЧ или легированные стальные сплавы. На стойкость кокиля оказывают прямое влияние материалы, размеры отливки и, конечно, кокиля.

Инженеры разработали и успешно используют на практике специальные методы продления времени эксплуатации кокиля и повышения качества отливок. Для этого на рабочую поверхность формы наносят специальные составы, образующие покрытие стойкое к температурному воздействию со стороны расплава. Эти материалы наносят или с помощью краскопульта или обыкновенной кистью. Для чугуна необходимо нанести облицовку несколько раз за смену. Краску наносят непосредственно перед заливкой облицовки.

Для получения внутренних полостей применяют стержни, выполненные из стали марок У7 и ее аналогов. Кроме стержней, изготовленных из стали применяют и изделия, выполненные из специального песка.
Специальное литье этого типа можно выполнять только в подогретую оснастку. Рабочая температура кокиля должна находиться в пределах от 200 до 300 градусов Цельсия. Разогрев формы снизит эффект от теплового удара, да и при литье не произойдет выброса расплава, который может произойти при попадании в холодный кокиль.
Кокильное литье используют для изготовления отливок из цветных сплавов.

Серийное и массовое производство отливок выполняют на оборудовании, которые самостоятельно, без участия человека обслуживают литейные формы, монтируют и демонтируют стержни, достают отливки. Литье в с применением механизированного оборудования позволяет в несколько раз поднять производительность на производстве.
Между тем литье в кокиль обладает и рядом недостатков. В частности, для изготовления форм требуется большое количество времени, возникают технологические сложности при получении отливок с тонкими стенками и несколько других.

Такой метод специального литья подразумевает то, что отливки получают в одноразовых формах, которые получают выплавлением моделей, выполненных из легкоплавких материалов, на поверхность которых наносят огнеупорные покрытия.
Такой метод литья эффективен при производстве деталей небольших размеров сложной формы. Причем этот способ пригоден для работы с любыми металлами. С его помощью выполняют получение отливок сложной конфигурации с тонкими стенками.

Для производства моделей применяют парафин, воск и пр. Чаще всего применяют смесь парафина и стеарина. Для изготовления моделей используют запрессовку полученного состава в пресс-формы, выполненные из металла. Кроме этого, возможно, использование ручных шприцев.
При производстве такого типа изготовление отливок для одной детали не имеет смысла. Поэтому такие модели компонуют в блоки, имеющими один общий стояк. Для присоединения моделей применяют питатели (литниковые ходы). Использование таких конструкций поднимает эффективность труда, кроме того, применение единой приводит к экономии материала.
Огнеупорную оболочку формируют при окунании блока с моделями в ванну, заполненную обмазкой, выполненной с применением керамики. После окунания блоки обсыпают кварцевым песком и отправляют на просушку, которая длится от 4 до 5 часов. Модели выплавляют в ванне, с водой, разогретой до температуры 70 – 85 градусов. Такой подход подразумевает то, что этот состав будет возвращен в повторное производство практически в полном объеме.
Формы, покрытые составом, прокаливают при 900 — 950 градусах.
Металлический расплав заливают сразу после прокаливания. Часто применяют центробежный способ заливки. По мере охлаждения оболочка растрескивается, и ее удаляют при помощи вибрации.

Полученные отливки отправляют в механический цех для удаления литников и облоя.
Специальное литье по моделям применяют для производства деталей с повышенной точностью, при его использовании значительно повышается качество отливок. Но, весь процесс литья такого типа вполне обоснованно считают длительным и сложным. Это сказывается на себестоимости выполняемых работ.

Отливки можно получить с применением оболочек с толщиной стенки 8 – 15 мм. Для их изготовления применяют специальные составы, которые затвердевают под воздействием тепла от моделей и стержней.

В качества материала для формы используют кварцевый песок. Он играет роль наполнителя и смолы, в качестве связующего компонента. Эта смесь наносится на плиту с установленной на нее моделью. Перед нанесением модельной смеси необходимо покрыть модель или эмульсией на основании силикона. В результате будет получена оболочковая модель.

Технология этого типа применяется для производства отливок весом 12 – 15 кг. К явным достоинствам этой технологии можно отнести качество изготовленных отливок, но в то же время эти формы отличаются высокой стоимостью. Это вызывается тем, что при их производстве применяют дорогие химикаты.

Кстати, литье в тонкостенные разовые формы – это разновидность этой технологии разлива металла.

Специальные виды литья неограниченны темы методами, приведенными выше. При центробежном способе специального литья, расплав заполняет форму под воздействием центробежных сил. Они возникают при вращении литьевой формы вокруг оси, которая может быть расположена вертикально, горизонтально или под углом к горизонту.

При таком методе литья внутренняя поверхность отливки формируется, не вступая в контакт с рабочей поверхностью формы, и поэтому ее называют свободной.
Такая специальная технология предполагает, что литьевые формы выполнены из металла. Перед началом заливки расплава ее необходимо разогреть до температуры 250 – 350 градусов, затем на рабочие поверхности наносят огнеупорное покрытие. Использование центробежной обработки расплава позволяют получить плотность отлитого металла, отсутствие пустот и раковин в теле полученной детали. Под воздействием центробежных сил.

Центробежная обработка расплава позволяет производить следующие типы деталей:

• втулки;
• барабаны;
• корпуса роторов и многое другое.

Центробежное литье позволяет обеспечить высокую плотность металла, отсутствие раковин.

Вследствие этого детали обладают повышенной износостойкостью. Кроме того, центробежные силы вытесняют из расплава посторонние включения и шлаки.

Корковое или оболочковое литье

Среди специальных видов литья существует и такой – оболочковый. Его применяют при работе и с цветными, и черными металлами. Литье выполняют в оболочковые (корковые) формы, выполненные из смеси кварцевого песка и бакелитовой смолой, перемешанные в пропорции 90 к 10. Бакелитовая смола полимеризуется при температуре 300 – 350 градусов.

Смесь наносят на поверхность модели, которую предварительно нагрели до 220 градусов. Смола плавится, связывает между собой песчинки. В результате на поверхности модели образуется корка толщиной 5 – 7 мм. Затвердевание смеси происходит при нагреве модели до температуры 350 градусов. Затем, с применением различных приспособлений форму снимают с модели.
Основное преимущество форм этого типа – это уменьшение припусков и высокая точность получаемых отливок.

Прецизионное литье

Прецизионное литье – это специальный способ получения особо точных отливок.

Ранее такой способ называли литьем по выплавляемым моделям. Для выполнения работ по этой технологии применяют различные вещества, которые придают расплавленному металлу ряд свойств, которые позволяют ему точно заполнять форму.

Кроме этого, для выполнения специального литья применяют формы, изготовленные из металла и выполненные с повышенными требованиями к точности.

Выбивка, обувка, очистка и контроль литья

После окончания специального литейного процесса и остывания заготовок до приемлемой температуры, ее удаляют из формы и при необходимости отправляют на очистку ее от литников, облоя и пр. Кроме этого, выполняют контроля качества полученных деталей.

Основным документом, на основании которого выполняют контроля качества полученного изделия – это рабочий чертеж.

Кроме того, работники службы технического контроля должны руководствоваться требованиями ГОСТ, ОСТ, СТП и другими нормативными документами, так или иначе, относящиеся к литью металлов.

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.