Отливка представляет собой заготовку, получаемую заливкой расплав­ленного металла, пластмассы, керамических материалов и др. в литейную форму. После затвердевания отливка сохраняет конфигурацию полости фор­мы. Методом литья можно изготовлять изделия сложной конфигурации, ко­торые другими видами обработки - ковкой, штамповкой, сваркой - получить трудно или невозможно.

Литье является одним из экономичных способов получения заготовок и деталей сложной формы, больших и малых размеров.

Технологический процесс получения отливки нз металла состоит из следующих основных операций:

1) изготовление литейной формы;

плавка металла;

заливка металла в форму;

затвердевание металла и охлаждение отливки;

термическая обработка отливки;

контроль качества отливки;

сдача отливки на механическую обработку.

Каждая из перечисленных операций носит сложный и многопереходный характер. Выполнение каждой операции должно обеспечить высокий уровень качества отливки по всем показателям, включая точность размеров и чистоту поверхности, благоприятную структуру металла, а также отсутствие наруж­ных и внутренних литейных и металлургических дефектов.

В литейном производстве для получения металлических отливок приме­няют более 50 видов литья, которые отличаются друг от друга по материалу литейной формы, по способу подачи в нее заливаемого металла, по точности размеров, по чистоте поверхности отливок, по производительности и степени сложности технологического процесса.

Литейная форма представляет собой устройство, предназначенное для заливки металла и образования отливки (рис. 3.1). Она состоит из рабочей полости (8) и литниковой системы. На рис. 3.1 литейная форма разделена на верхнюю и нижнюю полуформы. В рабочей полости непосредственно фор­мируется тело заготовки, поэтому ее конфигурация и размеры должны соот­ветствовать очертаниям и размерам изготовляемой отливки. При этом необ­ходимо учитывать то, что размеры рабочей полости должны превышать раз­меры отливки на величину литейной усадки металла. В свою очередь, разме­ры отливки должны быть больше размеров детали на величину снимаемого при механической обработке технологического припуска. Таким образом, окончательные размеры рабочей полости литейной формы включают в себя соответствующие размеры деталей, припуски на механическую обработку и на литейную усадку металла.

Внутри некоторых отливок, а также на их наружной поверхности могут быть различные отверстия, полости и выемки. Для их выполнения при сборке формы в ней устанавливают соответствующие керамические или металличе­ские элементы, нашваемые стержнями (7). Стержни удаляются из отливки при выбивке, оставляя в ней после себя необходимые отверстия или углубле­ния.

Рисунок 3.1 - Схема устройства литейной формы

1 - чаша (воронка) 2 - стояк. 3 - дроссель, 4 - шлакоуловитель, 5 - питатель, 6 - боковая прибыль, 7 - стержень, 8 - рабочая полость

Литниковая система служит для подвода металла в рабочую полость и пита­ния отливки в процессе кристаллизации. Она включает в себя чашу (воронку) (1), стояк (2), дроссель (3), регулирующий скорость заливки и предотвращающий подсос воздуха в стояк, шлакоуловитель (4), расположенный в верхней полу­форме для задержания неметаллических включений, питатель (5), подающий металл в рабочую полость непосредственно или, как в данном случае, через бо­ковую прибыль (6). Прибыль питает тело отливки при остывании и кристаллиза­ции металла и предотвращения образования в ней усадочных раковин. Прибыли могут быть верхнего или бокового расположения.

В литейном производстве сложились две группы видов литья: литье в песчано-глинистые формы и специальные виды литья.

Литье в песчано-глинистые формы является наиболее простым и распро­страненным способом получения литых заготовок. Каждая форма используется для получения одной отливки. Для изготовления таких форм материалами слу­жат формовочные смеси, состоящие из песчаной основы, в которую в качестве связующих материалов добавляются определенные количества глины и воды.

Кроме того, в смесь вводятся противопригарные добавки в виде молотого ка­менного угля, маршаллита (пылевидного кварца), мазута и другие вещества, спо­собствующие улучшению качества отливки (древесные опилки, сульфатно- спиртовая барда).

Материалами для изготовления стержней служат стержневые смеси, со­стоящие в основном из песка, связанного специальными веществами - кре­пителями (льняное масло, сульфатная барда, декстрин, канифоль и т. д.).

Литейная форма обычно состоит из порознь изготовляемых ручным или ма­шинным способом двух полуформ: нижней и верхней. Каждая из полу форм из­готовляется в специальных металлических ящиках без доньев и крышек, назы­ваемых опоками. При сборке формы опоки устанавливаются друг на друга и скрепляются.

В набитых формовочной смесью опоках рабочие полости для отливки полу­чают при помощи половинок разъемной модели, форма и размеры которой соот­ветствуют форме и расчетным размерам рабочей полости. Сборка литейной формы из полуформ - опок - производится после извлечения половинок моделей и установки стержней в нижней полуформе. Стержни изготовляются в специаль­ных приспособлениях - стержневых ящиках - и проходят обязательную сушку.

Собранная форма, состоящая из скрепленных опок, с помощью специального ковша заливается через литниковую систему и остается на месте заливки до за­вершения кристаллизации и охлаждения тела отливки. Затем опоки раскрепля­ются, и на специальной установке производится выбивка отливки из формы. За­тем производится обрубка и очистка отливки от литниковой системы с прибы­лями, удаляются остатки формовочной и стержневой смесей, и осуществляется очистка поверхности отливки от различных дефектов. После этого отливка под­вергается термической обработке, имеющей целью устранить грубо зернистую, дендритную структуру металла, литейные напряжения и подготовить металл отливки к механической обработке.

Недостатками литья в песчано-глинистые формы являются: низкая точ­ность размеров и чистоты поверхности, приводящих к большим припускам на механическую обработку, а также невысокая производительность и пло­хие санитарно-гигиенические условия труда из-за большой запыленности и шума на рабочих местах.

Наиболее распространенными специальными видами литья являются:

литье в кокиль;

центробежное литье;

литье под давлением;

литье в оболочковые формы;

литье по выплавляемым моделям.

Литье в кокиль - способ получения отливок в металлических формах - коки­лях. Эти формы изготовляются из чугуна или стали. Заполнение формы сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия. Основными преимуществами литья в кокиль являются: исключается процесс формовки, обес­печиваются благоприятные условия охлаждения, простота удаления отливок из формы, высокие точность размеров и чистота поверхности отливки, а также мел­кое зерно металла отливки, что снижает металлоемкость изделий и повышает прочность металла

Перспективно применение податливых металлических форм, изготовляе­мых из пакетов листовой стали, а также тонкостенных водоохлаждаемых форм, в которых рабочая полость изготовляется в виде сменной штамповки.

При кокильном литье тонкостенных корпусных деталей из алюминиевых и магниевых сплавов применяют вакуумное отсасывание. Для получения крупнога­баритных тонкостенных отливок применяют так называемый метод «книжной» формовки, когда заливка производится в открытую форму с последующим выжи­манием при смыкании полуформ.

Литьем в кокиль получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых и других сплавов.

На автоматических линиях в металлических кокилях получают отливки чугун­ных станин и подшипниковых щитов для электрических машин. Кокиля для за­ливки подшипииковых щитов состоят из двух водоохлаждаемых половин с верти­кальной плоскостью разъема.

Для отливки станин электродвигателей с высотой оси вращения 112 мм ис­пользуют облицовочные кокиля. Способ литья в облицованный кокиль заключает­ся в том, что на рабочую поверхность кокиля, предварительно нагретую до 200°С, наносится слой одноразовой песчано-смоляной облицовки толщиной 4...8 мм на термореактивном связующем. В отдельных зонах кокиля толщина облицовки мо­жет быть большей или меньшей в зависимости от условий охлаждения различных частей отливок.

Литье в облицованный кокиль по сравнению с литьем в чистым (необлицован- ный) кокиль имеег следующие преимущества:

Повышенную стойкость кокилей (до 30000 заливов);

Исключение из технологического процесса операций отжига отливок;

Упрощенную конструкцию кокиля (его можно изготовлять с литыми ра­бочими гнездами, не требующими механической обработки, что снижает стоимость кокиля);

Возможность получения отливок с выступающими частями и глубокими по­лостями;

Возможность получения точных отливок любой конфигурации;

Получение оптимальных условий затвердевания отливок.

Центробежное литье - литье в быстровращающиеся металлические формы, при котором расплавленный металл, подвергаясь действию центро­бежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает, образуя от­ливку. Таким способом отливаются короткие (рис. 3.2, а) или длинные (рис. 3.2, б) тела вращения. Этот способ литья широко используется в про­мышленности, особенно для получения пустотелых отливок со свободной поверхностью чугунных и стальных труб, колец, втулок, обечаек и т. п. с точностью по 12-му квалитету. Металлические формы устанавливают на литейных центробежных машинах. В зависимости от положения оси вра­щения форм различают горизонтальные и вертикальные машины. Отливки, получаемые центробежным литьем, обладают повышенной плотностью во внешнем слое. Преимущества центробежного литья те же, что и при ко­кильном литье, однако качество внутренней поверхности вследствие уса­дочных явлений хуже наружной. Для получения внутренней полости в ци­линдрических отливках не требуются стержни, что позволяет экономить ресурсозатраты на их изготовление.

а - короткие тела вращения, б - длинные тела вращения, 1 - форма, 2 - желоб

Рисунок 3 2- Схема центробежного литья

Литье под давлением можно разделить на два вида:

1) литье под давлением металлов;

литье под давлением полимерных материалов.

Литье под давлением металлов - способ получения отливок из сплавов цветных металлов и сталей некоторых марок, когда жидкий расплав вводится в замкнутую металлическую пресс-форму под значительным давлением (30...100 МПа) и кристаллизуется, оставаясь под давлением (рис. 3.3). Это позволяет максимально приблизить размеры и форму отливки к размерам и форме готовой детали, что позволяет уменьшить или исключить их после­дующую механическую обработку. Прочность отливок, изготовленных этим способом, на 30 % выше прочности отливок, изготовленных литьем в земля­ные формы.

а - подача металла в предкамеру, б - нагнетание металла в рабочую полость, в - выбивка oтливки, 1 - камера, 2 - поршень. 3 - пресс-форма

Рисунок 3.3 - Cxeмa литья под давлением

На точность отливок при литье под давлением могут оказывать влияние следующие факторы:

Размеры и сложность конструкции отливки;

Толщина стенок отливки;

Направление усадки металла;

Точность изготовления пресс-формы;

Степень износа пресс-формы.

Максимальная точность размеров достигается для тех элементов отливки, которые находятся в одной полуформе или образованы неподвижными час­тями формы. Точность размеров отливок в зависимости от конструкции пресс-форм допускается в пределах 0,03...0,18 мм.

Литье под давлением производят на литейных машинах с холодной и го­рячей камерами прессования. Литейные формы изготовляют из стали. В од­ной пресс-форме может располагаться несколько рабочих полостей, питае­мых одновременно. Такие многогнездные формы позволяют получать за од­ну заливку более 20 отливок. Производительность литейных машин - до 600 заливок (запрессовок) в 1 ч. Литье под давлением является самым высокока­чественным, точным, чистым и производительным видом литья. Этот способ широко применяют в серийном и массовом производстве при изготовлении небольших деталей сложной формы. Современные автоматы для литья под давлением отливок массой до 300 г обеспечивают производительность до 6000...8000 отливок в час. Шероховатость поверхности заготовок R a = 2,5...0,32 мкм.

Стальные пресс-формы для литья под давлением имеют сложную конфи­гурацию и высокую стоимость.

Раньше при литье под давлением корпусов электрических машин из алю­миниевых сплавов применялись пресс-формы с вертикальным разъемом. В них корпус электрической машины, коробка выводов и лапы отливались от­дельно, а затем, после механической обработки, собирались.

В настоящее время применяют пресс-формы, имеющие четыре горизон­тальных разъема (рис. 3.4). В них отливают корпус вместе с лапами и короб­кой выводов. Расположение ребер получают вертикаль­но-горизонтальное.

Четырехразъемная пресс- форма позволяет отливать корпуса с более тонкими и высокими ребрами, что улучшает охлаждение маши­ны и уменьшает массу кор­пуса на 15... 25%.

Большинство отливок из алюминия для электрических машин малой мощности производят литьем под дав­лением на специальных ли­тейных машинах (рис. 3.5, а).

Рисунок 3.4 – Эскиз четырехразъемной пресс-формы

5 – неподвижная плита, 6 – цилиндр, 7 – тигель, 8 – поршень,

9 – жидкий металл, 10,11 – части пресс-формы, 12 – полость

Рисунок 3.5 – Машина для литья под давлением (а) и схема литья (б)

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 (< 0,35%С). Весьма ограничено производятся таким способом отливки из медных и алюминиевых сплавов. Качество металла отливок весьма низкое, что связано с возможностью попадания в металл неметаллических включений, газовой пористостью (из за бурного газообразования при заливки металла во влажную форму).
• форма отливок может быть весьма сложной, но все же ограничена необходимостью извлечения модели из формы.
• размеры отливки теоретически неограниченны. Таким способом получают самые крупные отливки (до сотни тонн). Это станины станков, корпуса турбин и т. д.
• точность получаемых отливок обычно грубее 14 квалитета и определяется специальными нормами точности.
• шероховатость поверхности отливок превышает 0,3мм, на поверхности часто наличествуют раковины и неметаллические включения. Поэтому сопрягаемые поверхности деталей, заготовки которых получают таким методом, всегда обрабатывают резанием.

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 2 г до 20 кг (при художественном литье масса не ограничена)

Марки выплавляемых металлов:

• стали 25Л, 45Л, 35НГМЛ, 40ХНГМЛ, 7Х3, 30Х13, 95Х18, 20ХМЛ, 25ГСЛ;
• стали со специальными свойствами 75Х28Л, 75Х24ТЛ, 45Х26Н2СЛ, 12Х18Н9ТЛ,40Х24Н12СЛ, 20Х14Н15С4Л, 20Х25Н19С2Л, 35Х25Н35С2Л, быстрорез Р6М5ЦЛ;
• чугуны серые, высококачественные всех марок, АЧС - 2, ИЧХ17НМФЛ, ЧХ25МФТЛ;
• бронзы БрАЖ9 - 4, БрА10Ж3Мц2, БрОЦС -4 -4 -17;
• алюминий АК7ч, АК8л

Применение точного литья целесообразно для изготовления деталей:

• из стали и сплавов, трудно поддающихся или не поддающихся механической обработке (режущий инструмент, нуждающийся только в заточке его режущей кромки на наждачном круге);
• сложной конфигурации, требующей длительной и сложной механической обработки, большого количества приспособлений и специальных режущих инструментов, с неизбежной потерей ценного металла в виде стружки при обработки (турбины лопатки, части механизма швейных машин, охотничьих ружей, счетных машин);
• художественной отливки из черных и цветных сплавов.

Литье в кокиль

Кокильное литье - это литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей. Кокиль - металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая расплавленным металлом под действием гравитационных сил. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали.

Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Точность отливок обычно соответствует классам 5 -9 для отливок из цветных металлов и классам 7-11 для отливок из черных металлов (ГОСТ 26645-85). Точность отливок, полученных в кокиле. По массе примерно на один класс выше по сравнению с песчаными формами.

Литье в кокиль ограничено возможностью изготовления крупногабаритных кокилей и обычно масса отливок не превышает 250кг.

Широкая гамма изделий для всех отраслей промышленности (детали двигателей, заготовки венцов зубчатых колес, корпусных деталей и т. д.).

Марки выплавляемых металлов:

• алюминиевые сплавы: АЛ2, АЛ4, АЛ9, АК12, АК9, АК7;
• магниевые сплавы МЛ5, МЛ6, МЛ12, МЛ10;
• медные сплавы;
• отливки из чугуна;
• отливки из стали: 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, также некоторые легированные стали 110Г13Л, 5ХНВЛ

Литье под давлением

Принцип процесса литья под давлением основан на принудительном заполнении рабочей полости металлической пресс-формы расплавом и формировании отливки под действием сил от пресс-поршня, перемещающегося в камере прессования, заполненной расплавом.

Высокая точность, класс 1- 4 по ГОСТ 26645-85 (10 квалитет), низкая шероховатость поверхности (практически не требует обработки). Возможность изготовления отливок значительной площади с малой толщиной стенок (менее 1 мм).

Сплавы для литья:

• цинковые сплавы: ЦАМ4-1, ЦА4М3;
• алюминиевые сплавы АК12, АК9, АК7, АЛ2, АЛ9, АЛ4;
• магниевые сплавы: МЛ3, МЛ5;
• медные сплавы: ЛЦ40Сд, ЛЦ16К4.

Литье под давлением является наиболее прогрессивным способом изготовления отливок из цветных сплавов (цинковых, алюминиевых, магниевых, латуни), в последнее время широко применяется в точном приборостроении, автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности. Весьма разнообразны конструктивные особенности отливок, получаемых в формах литья под давлением: от простых типа опорных плит, колосников, болванок и втулок, до сложных типа картеров двигателей, головок блоков цилиндров, ребристых корпусов электродвигателей и стоек плугов. Литьем под давлением получают детали с особыми свойствами: повышенной герметичности, износостойкости (например, чугунные с поверхностным и местным отбелом), окалиностойкости и др. Важно подчеркнуть, что под давлением производят детали различного, в том числе весьма ответственного назначения.

Литье под давлением является рациональным только в серийном — массовом производстве из-за трудностей изготовления формы и её высокой стоимости.

Литье под регулируемым давлением

К литью под регулируемым давлением относят способы литья, сущность которых заключается в том, что заполнение полости формы расплавим и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или газа. В практике наибольшее применение нашли следующие процессы литья под регулируемым давлением: литье под низким давлением, литье под низким давлением с противодавлением, литье вакуумным всасыванием, литье вакуумным всасыванием с кристаллизацией под давлением (вакуумно-компрессионное литье).

Главными преимуществами являются возможность получения заготовок с минимальными припусками на механическую обработку или без неё и минимальной шероховатостью необработанных поверхностей, а также обеспечение высокой производительности и низкой трудоёмкости изготовления деталей.

Применяется для литья поршней, головок блока цилиндров из алюминиевых сплавов и т. д., втулок, элементов подшипников.

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы появилось как попытка автоматизировать изготовление разрушаемых форм. На нагретую модель, выполненную из металла, насыпается смесь песка с частицами неполимеризованного термореактивного материала. Выдержав эту смесь на поверхности нагретой заготовки определенное время, получают слой смеси, в котором частицы пластмассы расплавились и полимеризовались, образовав твердую корку (оболочку) на поверхности модели. При переворачивании резервуара излишняя смесь ссыпается, а корка, с помощью специальных выталкивателей, снимается с модели. Далее, полученные таким образом оболочки, соединяют между собой склеиванием силикатным клеем, устанавливают в опоках и засыпают песком, для обеспечения прочности при заливке металла. Также получают керамические стержни для формирования внутренних полостей отливок.

Литье в оболочковые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы имеет существенное преимущество — простоту автоматизации получения форм. Но надо отметить, что литьем в оболочковые формы невозможно получать крупногабаритные отливки и изделия особо сложной формы.

Литье в оболочковые формы отливают: радиаторы парового и водяного отпления, детали автомобилей и ряда машин.

Центробежное литье

Принцип центробежного литья заключается в том, что заполнение формы расплавом и формирование отливок происходят при вращение формы либо вокруг горизонтальной, вертикальной или наклонной оси, либо при её вращение по сложной траектории.

Технология центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

• высокая износостойкость.
• высокая плотность металла.
• отсутствие раковин.
• в продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьем получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

• втулки
• венцы червячных колес
• барабаны для бумагоделательных машин
• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литье находит при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьем в неподвижные формы центробежное литье имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

Литье по газифицируемым моделям

Технология литья по газифицированным моделям является одной из самых перспективных и развивающихся в настоящее время технологий литья. Эту технологию можно отнести к способу литья по выплавляемым моделям, но отличие в отличии от данных сходных способов модель удаляется (газифицируется) не до заливки, а в процессе заливки формы металлом, который вытесняя (замещая) «испаряющуюся модель» из формы, занимает освободившиеся пространство полости формы.

Основными преимуществами отливок, изготовленных по этой технологии являются следующие:

• высокая точность получаемых отливок даже при сложной конфигурации. (7-12 класс по ГОСТ 26645-85)
• качество и плотность металла в отливке обеспечивается за счет частичного вакуумирования в процессе литья.
• высокое качество поверхности отливок (RZ 80) позволяет в некоторых случаях совсем отказаться от механической обработки, которая была бы необходима при другом способе изготовления.
• минимальный припуск на механическую обработку если она всё же необходима.
• полная идентичность отливок в серии.

Области применения литья по газифицированным моделям - это отливки различной серийности, от единичного производства до промышленных серий.

Материалы отливок - это практически все марки чугунов от СЧ15 до ВЧ-50, износостойкие ИЧХ. Стали - от простых углеродистых ст. 20-45 до высоколегированных, теплостойких и жаропрочных. Бронзы - практически все литейные марки бронз.

Основной развес отливок от 1 до 300 кг. Штучное изготовление - до 1 тн.

Непрерывное литье

Сущность способа состоит в том, что жидкий металл равномерно и непрерывно заливают в охлаждаемую форму-кристаллизатор с одного конца и в виде затвердевшего слитка (прутка, трубы, заготовки квадратного, прямоугольного или другого сечения). Затем его вытягивают специальным механизмом с другого конца. С помощью этого способа можно получать отливки из всех известных черных и цветных сплавов.

При непрерывном литье возможно получат получение слитка, трубы, профиля неограниченной длины и требуемого поперечного сечения.

Способ непрерывного литья используют также и для получения слитков из цветных и черных сплавов. Практически все алюминиевые сплавы для передела прокаткой в листы, профили и другие изделия разливают в слитки данным методом.

Литье металла в ХТС

Формы из холодно-твердеющих смесей. COLD-BOX-AMIN -технология. 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.

Способ литья	Материалы отливок	Форма и размеры	Точность (квалитеты), шероховатость (Rz , мкм)	Область применения
Литье в песчано-глинистые формы	Чугун, сталь, цветные металлы	Крупногабаритные, сложной формы	Грубее 14 кв Rz = 300	Все отрасли машиностроения, от массового до единичного производства
Литье в оболочковые формы	Чугун, сталь, цветные металлы	Масса менее 1т. Размеры и форма ограниченны	Грубее 14 кв Rz = 300
Литье в кокиль	Алюминиевые и медные сплавы	Масса до 250 кг, форма ограниченна условиями извлечения отливки из кокиля		Серийное и массовое производство
Литье под давлением	Алюминиевые, цинковые, реже медные сплавы	Масса до 200 кг, форма ограниченна условиями раскрытия прессформы		Крупносерийное массовое производство
Литье по выплавляемым моделям	Сталь, спец. сплавы, медные сплавы	Форма ограниченна, масса до 20 кг, в художественном литье не ограничена		Серийное производство сложных по форме изделий, в том числе тугоплавких сплавов
Центробежное литье	Чугун, сталь, цветные металлы	Форма тел вращения, трубы диаметром до 1200 мм и длинной 7000 мм		Серийное и массовое производство
Литье по газифицируемым моделям	Чугун, сталь, бронза	Масса от 1 до 300 кг Возможность получать детали сложной формы	Rz =40 (для стали Rz =80)
Литье металла в ХТС	Чугун, сталь, цветные металлы	Масса от 5 кг до 5 т. Максимальные габариты 2500×2200×1200	10-12 кв	От единичного до массового производства

МЕТАЛЛОВ ЛИТЬЕ
получение металлических изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в литейную форму. Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, затвердевая при охлаждении, приобретает конфигурацию и размеры нужного изделия.
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ
Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью - способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали. Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы - это сталь, ковкий чугун и литейный чугун. К цветным относятся все другие металлы, не содержащие в значительных количествах железа. Для литья применяются, в частности, сплавы на основе меди, никеля, алюминия, магния, свинца и цинка.
См. также
МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ ;
СПЛАВЫ .
Черные металлы. Стали. Различают пять классов сталей для промышленного литья: 1) малоуглеродистые (с содержанием углерода менее 0,2%); 2) среднеуглеродистые (0,2-0,5% углерода); 3) высокоуглеродистые (более 0,5% углерода); 4) низколегированные (менее 8% легирующих элементов) и 5) высоколегированные (более 8% легирующих элементов). На среднеуглеродистые стали приходится основная масса отливок из черных металлов; такие отливки представляют собой, как правило, промышленную продукцию стандартизованной сортности. Различные виды легированных сталей разработаны для достижения высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, теплостойкости и усталостной прочности. Литые стали по своим свойствам близки к кованой стали. Предел прочности такой стали при растяжении составляет от 400 до 1500 МПа. Масса отливок может изменяться в широком диапазоне - от 100 г до 200 т и более, толщина в сечении - от 5 мм до 1,5 м. Длина отливки может превышать 30 м. Сталь - универсальный материал для литья. Благодаря своей высокой прочности и пластичности она представляет собой превосходный материал для машиностроения.
Ковкий чугун. Существуют два основных класса ковкого чугуна: обычного качества и перлитный. Делают отливки также из некоторых легированных ковких чугунов. Предел прочности при растяжении ковкого чугуна составляет 250-550 МПа. Благодаря своей усталостной прочности, высокой жесткости и хорошей обрабатываемости он идеален для станкостроения и многих других массовых производств. Масса отливок составляет от 100 г до нескольких сот килограммов, толщина в сечении обычно не более 5 см.
Литейный чугун. К литейным чугунам относят широкий диапазон сплавов железа с углеродом и кремнием, содержащих 2-4% углерода. Для литья применяются четыре основных вида литейного чугуна: серый, белый, отбеленный и половинчатый. Предел прочности при растяжении литейного чугуна составляет 140-420 МПа, а некоторых легированных литейных чугунов - до 550 МПа. Для литейного чугуна характерны низкая пластичность и низкая ударная прочность; у конструкторов он считается хрупким материалом. Масса отливок - от 100 г до нескольких тонн. Отливки из литейного чугуна применяются практически во всех отраслях промышленности. Их себестоимость невелика, и они легко обрабатываются резанием.
Чугун с шаровидным графитом. Шаровидные включения графита придают чугуну пластичность и другие свойства, выгодно отличающие его от серого чугуна. Шаровидность включений графита достигается путем обработки чугуна магнием или церием непосредственно перед литьем. Предел прочности при растяжении чугуна с шаровидным графитом составляет 400-850 МПа, пластичность - от 20 до 1%. Правда, для чугуна с шаровидным графитом характерна низкая ударная прочность образца с надрезом. Отливки могут иметь как большую, так и малую толщину в сечении, масса - от 0,5 кг до нескольких тонн.
Цветные металлы. Медь, латунь и бронза. Существует много различных сплавов на основе меди, пригодных для литья. Медь применяется в тех случаях, когда необходима высокая тепло- и электропроводность. Латунь (сплав меди с цинком) используется, когда желателен недорогостоящий, умеренно коррозионностойкий материал для изготовления разнообразных изделий общего назначения. Предел прочности при растяжении литой латуни составляет 180-300 МПа. Бронза (сплав меди с оловом, к которому могут добавляться цинк и никель) применяется в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Предел прочности при растяжении литых бронз составляет 250-850 МПа.
Никель. Медно-никелевые сплавы (типа монель-металла) обладают высокой коррозионной стойкостью. Для сплавов никеля с хромом (типа инконеля и нихрома) характерно высокое тепловое сопротивление. Молибдено-никелевые сплавы отличаются высокой стойкостью к соляной кислоте и окисляющим кислотам при повышенных температурах.
Алюминий. Литые изделия из алюминиевых сплавов в последнее время применяются все шире благодаря их легкости и прочности. Такие сплавы обладают довольно высокой коррозионной стойкостью, хорошей тепло- и электропроводностью. Прочность на растяжение литых алюминиевых сплавов находится в пределах от 150 до 350 МПа.
Магний. Магниевые сплавы применяются там, где на первом месте стоит требование легкости. Предел прочности при растяжении литых магниевых сплавов составляет 170-260 МПа.
Титан. Титан - прочный и легкий материал - плавится в вакууме и отливается в графитовые формы. Дело том, что в процессе охлаждения поверхность титана может загрязняться вследствие реакции с материалом формы. Поэтому титан, отлитый в какие-либо другие формы, кроме форм из механически обработанного и прессованного порошкового графита, оказывается сильно загрязненным с поверхности, что проявляется в повышенной твердости и низкой пластичности при изгибе. Титановое литье применяется главным образом в авиакосмической промышленности. Прочность на растяжение литого титана - свыше 1000 МПа при относительном удлинении 5%.
Редкие и драгоценные металлы. Отливки из золота, серебра, платины и редких металлов применяются в ювелирном деле, зубоврачебной технике (коронки, пломбы), литьем изготавливаются также некоторые детали электронных компонентов.
СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
Основные способы литья таковы: статическая заливка, литье под давлением, центробежное литье и вакуумная заливка.
Статическая заливка. Чаще всего применяется статическая заливка, т.е. заливка в неподвижную форму. При таком способе расплавленный металл (или неметалл - пластмасса, стекло, керамическая суспензия) просто заливается в полость неподвижной формы до ее заполнения и выдерживается до затвердевания.
Литье под давлением. Литейная машина заполняет металлическую (стальную) литейную форму (которая обычно называется пресс-формой и может быть многогнездной) расплавленным металлом под давлением от 7 до 700 МПа. Преимущества такого метода - высокая производительность, высокое качество поверхности, точные размеры литого изделия и минимальная потребность в его механической обработке. Типичные металлы для литья под давлением - сплавы на основе цинка, алюминия, меди и олова-свинца. Благодаря низкой температуре плавления такие сплавы весьма технологичны и позволяют обеспечить малые допуски на размеры и превосходные характеристики отливок. Сложность конфигурации отливок в случае литья под давлением ограничивается тем, что при отделении от пресс-формы отливка может быть повреждена. Кроме того, несколько ограничена толщина изделий; более предпочтительны изделия тонкого сечения, в котором расплав быстро и равномерно затвердевает. Литейные машины для литья под давлением бывают двух типов - с холодной и горячей камерой прессования. Машины с горячей камерой прессования применяются в основном для сплавов на основе цинка. Горячая камера прессования погружена в расплавленный металл; под небольшим давлением сжатого воздуха или под действием поршня жидкий металл вытесняется из горячей камеры прессования в пресс-форму. В литейных машинах с холодной камерой прессования расплавленный алюминиевый, магниевый или медный сплав заполняет пресс-форму под давлением от 35 до 700 МПа. Отливки, полученные литьем под давлением, применяются во многих бытовых приборах (пылесосах, стиральных машинах, телефонных аппаратах, светильниках, пишущих машинках) и очень широко - в автомобильной промышленности и в производстве компьютеров. Отливки могут быть массой от нескольких десятков граммов до 50 кг и более.
Центробежное литье. При центробежном литье расплавленный металл заливается в песочную или металлическую литейную форму, вращающуюся вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Под действием центробежных сил металл отбрасывается от центрального литника к периферии формы, заполняя ее полости, и затвердевает, образуя отливку. Центробежное литье экономично и для некоторых видов изделий (осесимметричных типа труб, колец, обечаек и т.д.) более подходит, нежели статическая заливка.
Вакуумная заливка. Такие металлы, как титан, легированные стали и жаропрочные сплавы, плавятся в вакууме и заливаются в многократные формы, например графитовые, помещенные в вакуум. При этом методе значительно снижается содержание газов в металле. Слитки и отливки, получаемые вакуумной заливкой, весят не более нескольких сот килограммов. В редких случаях большие количества стали (100 т и более), выплавленной по обычной технологии, разливают в вакуумной камере в установленные в ней изложницы или литейные ковши для дальнейшего литья на воздухе. Металлургические вакуумные камеры больших размеров откачиваются многонасосными системами. Получаемая таким методом сталь используется для изготовления специальных изделий ковкой или литьем; этот процесс называется вакуумной дегазацией.
ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ
Литейные формы делятся на многократные и разовые (песочные). Многократные формы бывают металлические (изложницы и кокили), либо графитовые или керамические огнеупорные.
Многократные формы. Металлические формы (изложницы и кокили) для стали делают обычно из чугуна, иногда - из жаростойкой стали. Для литья цветных металлов, таких, как латунь, цинк и алюминий, пользуются чугунными, медными и латунными формами.
Изложницы. Это наиболее распространенный вид многократных литейных форм. Чаще всего изложницы делают из чугуна и применяют для получения стальных слитков на начальном этапе производства кованой или катаной стали. Изложницы относятся к открытым литейным формам, поскольку металл заполняет их сверху самотеком. Применяются также "сквозные" изложницы, открытые и сверху, и снизу. Высота изложниц может составлять 1-4,5 м, диаметр - от 0,3 до 3 м. Толщина стенки отливки зависит от размеров изложницы. Конфигурация может быть разной - от круглой до прямоугольной. Полость изложницы несколько расширяется кверху, что необходимо для извлечения слитка. Готовая к заливке изложница располагается на толстой чугунной плите. Как правило, изложницы заполняются сверху. Стенки полости изложницы должны быть гладкими и чистыми; при заливке нужно следить за тем, чтобы металл не расплескивался и не разбрызгивался на стенки. Залитый металл затвердевает в изложнице, после чего слиток вынимают ("раздевают слиток"). После остывания изложницы ее чистят изнутри, опрыскивают формовочной краской и используют снова. Одна изложница позволяет получить 70-100 слитков. Для дальнейшей обработки ковкой или прокаткой слиток нагревают до высокой температуры.
Кокили. Это закрытые металлические литейные формы с внутренней полостью, соответствующей конфигурации изделия, и литниковой (заливочной) системой, которые выполняются путем механической обработки в чугунном, бронзовом, алюминиевом или стальном блоке. Кокиль состоит из двух или большего числа деталей, после соединения которых остается лишь небольшое отверстие сверху для заливки расплавленного металла. Для формования внутренних полостей в кокиль закладываются гипсовые, песочные, стеклянные, металлические или керамические "стержни". Литьем в кокиль получают отливки из сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца. Литье в кокиль применяется лишь в тех случаях, когда требуется получить не менее 1000 отливок. Ресурс кокиля достигает нескольких сотен тысяч отливок. Кокиль идет в скрап, когда (из-за постепенного выгорания от расплавленного металла) начинает недопустимо снижаться качество поверхности отливок и перестают выдерживаться расчетные допуски на их размеры.
Графитовые и огнеупорные формы. Такие формы состоят из двух или большего числа деталей, при соединении которых образуется требуемая полость. Форма может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную поверхность разъема либо разбираться на отдельные блоки; это облегчает извлечение отливки. После извлечения форму можно собрать и использовать снова. Графитовые формы допускают сотни отливок, керамические - лишь несколько. Графитовые многократные формы можно изготовить путем механической обработки графита, а керамические легко формуются, так что они значительно дешевле металлических форм. Графитовые и огнеупорные формы могут использоваться для повторного литья в случае неудовлетворительных отливок, полученных литьем в кокиль. Огнеупорные формы делают из фарфоровой глины (каолина) и других высокоогнеупорных материалов. При этом используются модели из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразный или гранулированный огнеупор замешивают с глиной на воде, полученную смесь формуют и заготовку литейной формы обжигают так же, как кирпичи или посуду.
Разовые формы. На песочные литейные формы налагается гораздо меньше всяческих ограничений, нежели на любые другие. Они пригодны для получения отливок любых размеров, любой конфигурации, из любого сплава; они наименее требовательны к конструкции изделия. Песочные формы изготавливают из пластичного огнеупорного материала (обычно кремнистого песка), придавая ему нужную конфигурацию, чтобы залитый металл по затвердевании сохранил эту конфигурацию и мог быть отделен от формы. Формовочную смесь получают, замешивая на воде в специальной машине песок с глиной и органическими связующими. При изготовлении песчаной формы в ней предусматривают верхнее литниковое отверстие с "чашей" для заливки металла и внутреннюю литниковую систему каналов для питания отливки расплавленным металлом в процессе затвердевания, так как иначе из-за усадки при затвердевании (свойственной большинству металлов) в отливке могут образовываться пустоты (усадочные раковины).

Оболочковые формы. Такие формы бывают двух типов: из материала с низкой температурой плавления (гипс) и из материала с высокой температурой плавления (на основе тонкого порошка диоксида кремния). Гипсовую оболочковую форму изготавливают, замешивая на воде гипсовый материал с крепителем (быстроотверждающимся полимером) до тонкой консистенции и облицовывая такой смесью модель отливки. После того как материал формы затвердеет, ее разрезают, обрабатывают и сушат, а затем "спаривают" две полуформы и заливают. Такой способ литья пригоден только для цветных металлов. Литье по восковым выплавляемым моделям. Такой метод литья применяется для драгоценных металлов, стали и других сплавов с высокой температурой плавления. Сначала изготавливают пресс-форму, соответствующую отливаемой детали. Ее обычно выполняют из легкоплавкого металла или (механической обработкой) из латуни. Затем, заполняя пресс-форму парафином, пластмассой или ртутью (после этого замораживаемой), получают модель для одной отливки. Модель облицовывают огнеупорным материалом. Материал оболочковой формы получают из тонкого порошка огнеупора (например, пудры диоксида кремния) и жидкого связующего. Слой огнеупорной облицовки уплотняют вибрацией. После того как он затвердеет, форму нагревают, парафиновая или пластмассовая модель расплавляется и жидкость вытекает из формы. Затем форму обжигают для удаления газов и в нагретом состоянии заливают жидким металлом, который поступает самотеком, под давлением сжатого воздуха или под действием центробежных сил (в машине для центробежного литья).
Керамические формы. Керамические формы изготавливаются из фарфоровой глины, силлиманита, муллита (алюмосиликаты) или других высокоогнеупорных материалов. При изготовлении таких форм обычно пользуются моделями из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразные или гранулированные огнеупорные материалы смешивают с жидким связующим (этилсиликатом) до студнеподобной консистенции. Только что изготовленная форма пластична, так что модель можно извлечь из нее, не повредив полость формы. Затем форму обжигают при высокой температуре и заливают расплавом нужного металла - стали, твердого хрупкого сплава, сплава на основе редких металлов и пр. Такой метод позволяет изготавливать формы любых типов и пригоден как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства.
См. также КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ .
ЛИТЕРАТУРА
Юдкин В.С. Производство и литье сплавов цветных металлов. М., 1967-1971 Бауман Б.В. и др. Литейное производство. М., 1971 Степанов Ю.А. и др. Технология литейного производства. М., 1983

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Смотреть что такое "МЕТАЛЛОВ ЛИТЬЕ" в других словарях:

Формование металлических материалов механическими средствами без снятия стружки. Наряду с формообразованием обработка давлением может улучшать качество и механические свойства металла. Обработка металлов давлением производится либо в горячем… … Энциклопедия Кольера

Получение отливок путем заливки обычно расплавленных материалов (металлов, горных пород и т. д.) в литейную форму. Применяется более 50 видов литья металлов … Большой Энциклопедический словарь

ЛИТЬЕ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ, метод литья металлов и сплавов, при котором расплавленный металл заливается в форму, сделанную из плотно утрамбованного песка. Для того, чтобы песчинки были крепко связаны между собой, песок смешивают с глиной, водой и… … Научно-технический энциклопедический словарь

литье в корковые формы - Процесс изготовления отливок заливкой расплавл. металла под действием гравитац. сил в разовые корковые формы из термореакт. смесей. Л. в к. ф. получают отливки практич. из любых сплавов: чугуна, стали, легких и тяжелых цв. металлов. Разнообразны… … Справочник технического переводчика

литье под давлением - получение отливок, при котором на специальных машинах расплавленный металл заливают в металлическую пресс форму многоразового использования. Форма заполняется расплавом под действием сил, превосходящих силы… …

литье в корковые формы - процесс изготовления отливок заливкой расплавленного металла под действием гравитационных сил в разовые корковые формы из термореактивных смесей. Литьем в корковые формы получают отливки практически из любых сплавов: чугуна, стали … Энциклопедический словарь по металлургии

Литье - технологический процесс изготовления отливок, заключающийся в заполнении форм расплавленным материалом (литейным сплавом на основе черных и цветных металлов, пластмассой, некоторыми горными породами, шлаком) и дальнейшей обработке… … Энциклопедический словарь по металлургии

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

Процесс получения изделий (отливок) из разл. расплавов (металлов, горных пород, керамич. материалов, пластмасс и др.), принимающих конфигурацию полости формы и сохраняющих её после затвердевания. В литейном производстве для получения металлич.… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ЛИТЬЕ - процесс получения изделий (отливок) из различных материалов (металлов, горных пород и др.). В литейном производстве для получения металлических отливок применяют более 50 разновидностей литья. Литьё один из экономичных способов получения… … Металлургический словарь

Книги

• Технология декоративно-прикладного искусства. Основы дизайна. Художественное литье , М.П. Ермаков , В учебном пособии, которое в странах СНГ и зарубежом является первым такого рода, изложены основы дизайна художественного литья изделий. Эволюция технологий литейного производства… Категория:

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.

Литьё металла в песчано-глинистые формы.

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, 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. 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.

Преимущества : при наличии необходимого оборудования малые и сроки и затраты на ТПП

Недостатки : Высокая трудоёмкость подготовительных процессов, требуют много тяжелого ручного вредного труда, неэкологичны, потребляют много энергии, изготовляемые детали не точные и среднего качества

Литье в кокиль.

Вместе с тем давно уже появились и успешно используются другие, более совершенные способы литья. Один из них литье в кокиль -- металлическую форму 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.

Однако таким способом можно получать отливки только из металлов или сплавов, обладающих хорошей жидкотекучестью.

Преимущества : многократное использование литейной формы, точность изготовляемых деталей, хорошие условия для охлаждения.

Недостатки : дороговизна кокиля, длительные сроки ТПП

Литьё металла под давлением

А для стали, например, у которой жидкотекучесть меньше, применяют литье под давлением. 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.

Преимущества: высокая производительность, массовое производство, высокое качество и точность геометрических форм отливок

Недостатки: дороговизна оборудования и пресс-форм

Литьё по выплавляемым моделям.

Издавна известен способ литья по выплавляемым моделям, сделанным не из дерева или металла, а из легкоплавкого воскообразного (парафин, стеарин) вещества. 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.

Преимущества: получение деталей практически из любых сплавов сложные по форме и точными по размерам отливки

Недостатки: сложность процесса

Литьё в оболочковые формы.

Иногда, когда отливка требует большой точности, ее получают литьем в оболочковые формы. 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.

Преимущества: высокая точность изготовляемых деталей, чистота поверхности, детали требуют минимальной последующей обработки

Центробежное литьё.

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.

Преимущества: большая плотность отливок, высокая прочность, малые припуски на механическую обработку

Недостатки: дороговизна машин для центробежного литья, ограниченность выпускаемой номенклатуры деталей, трудность получения габаритных деталей

Электрошлаковое литьё.

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.

Штамповка жидкого металла

Штамповка жидкого металла состоит в том, что расплав заливается в специальную полость, выполненную в матрице. Затем пуансон опускается, и под его давлением жидкий металл поднимается и заполняет полость, образующуюся между матрицей и пуансоном.Эта полость имеет конфигурацию будущей отливки; матрица выполняет наружную ее поверхность, пуансон -- внутреннюю. Когда металл затвердевает, форму раскрывают и отливку удаляют из матрицы.

Такой способ отличается большой производительностью, дает возможность получать плотные, довольно тонкостенные отливки. Для его осуществления не требуется столь мощного оборудования, как при штамповке твердого металла. Правда, этот способ ограничивается определенной конфигурацией изделий -- они не могут быть сложными.

Преимущества: не требует мощного оборудования, большая производительность

Недостатки: изготовляемые детали не могут быть сложными

Литье по газифицированным моделям

При применении этого способа модели и элементы литниковых систем в собранном виде при воздействии на них жидкого металла газифицируются и выделяются из формы, а их место занимает металл. Литейная форма при этом изготавливается способом разовой формовки, что даёт возможность получать отливки без формовочных уклонов и не делать разъёмов формы. Так достигается боле высокая точность детали. Для газифицируемых моделей используют различные марки пенополистирола.

Масса отливок колеблется от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов.

Конфигурация отливок может быть любой, она определяется возможностью изготовления технологической оснастки - формы, литейными свойствами сплавов, способом литья. Выбор способа литья в зависимости от конфигурации отливки основывается чаще всего на экономических соображениях, реже из условия высокой производительности и др.