Харьков

Виды литья и их технологические особенности

Литьё — технологический процесс производства заготовок (реже — готовых деталей), заключающийся в заполнении за ранее сделанной литейной формы водянистым материалом (металлом, сплавом, пластмассой и т. п.) с следующим его затвердеванием.

Литьём именуют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, приобретенные при помощи литья.

Понятно огромное количество разновидностей литья:

• в песочные формы (ручная либо машинная формовка);
• в неоднократные (цементные, графитовые, асбестовые формы);
• в оболочковые формы;
• по выплавляемым моделям;
• по замораживаемым ртутным моделям;
• центробежное литьё;
• в кокиль;
• литьё под давлением;
• по газифицируемым (выжигаемым) моделям;
• вакуумное литьё;
• электрошлаковое литьё;
• литьё с утеплением.

Потому что разновидности литья различаются сразу по многим разнородным признакам, то вероятны и комбинированные варианты, к примеру, электрошлаковое литьё в кокиль.

Литьё в песчано-глинистые формы

Литьё в песочные формы — дешёвый, самый твердый, но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Сначала изготовляется литейная модель (ранее — древесная, в текущее время нередко употребляются пластмассовые модели, приобретенные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связывающее), заполняющей место меж ею и 2-мя открытыми ящиками (опоками). Отверстия в детали образуются при помощи размещённых в форме литейных песочных стержней, копирующих форму грядущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием либо же затвердевает в тепловом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через особые отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После этого отделяют литниковую систему (как правило это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.

Новым направлением технологии литья в песочные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связывающего. Для получения отливки данным способом могут применяться разные формовочные материалы, к примеру песчано-глинистая смесь или песок в консистенции со смолой и т. д. Для формирования формы употребляют опоку (железный короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, другими словами состоит из 2-ух коробов. Плоскость соприкосновения 2-ух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также делают вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и создают заливку металла.

Литьё в кокиль

Литьё металлов в кокиль — более высококачественный метод. Изготавливается кокиль — разборная форма (в большинстве случаев железная), в которую делается литьё. После застывания и остывания, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Потом кокиль можно повторно использовать для отливки таковой же детали. В отличие от других методов литья в железные формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль наполнение формы водянистым сплавом и его затвердевание происходят без какого-нибудь наружного воздействия на водянистый металл, а только под действием силы тяжести.

Главные операции и процессы: чистка кокиля от старенькой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, остывание и удаление приобретенной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что содействует получению отливок с плотным и тонкодисперсным строением, а как следует, с неплохой плотностью и высочайшими физико-механическими качествами. Но отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При неоднократном использовании кокиль скоробливается и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, растут.

В кокилях получают отливки из чугуна, стали, дюралевых, магниевых и др. сплавов. В особенности отлично применение кокильного литья при изготовлении отливок из дюралевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, потому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой железных стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется спектр скоростей остывания сплавов и образования разных структур. Сталь имеет относительно высшую температуру плавления, стойкость кокилей при получении железных отливок резко понижается, большая часть поверхностей образуют стержни, потому способ кокильного литья для стали находит наименьшее применение, чем для цветных сплавов. Данный способ обширно используется при серийном и крупносерийном производстве.

Литьё под давлением[

ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Создание отливок из дюралевых сплавов в разных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Последующую по количеству и обилию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением используют пореже, что разъясняется их склонностью к образованию жарких трещинок и поболее сложными технологическими критериями производства отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.

Номенклатура выпускаемых российскей индустрией отливок очень многообразна. Этим методом изготавливают литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких 10-ов кг. Выделяются последующие положительные стороны процесса ЛПД:

• Высочайшая производительность и автоматизация производства, вместе с низкой трудоёмкостью на изготовка одной отливки, делает процесс ЛПД более хорошим в критериях массового и крупносерийного производств.
• Малые припуски на мехобработку либо не требующие оной, малая шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону.
• Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с малой шириной стены до 0,6 мм, также литые резьбовые профили.
• Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид.

Также выделяют последующие негативное воздействие особенностей ЛПД, приводящие к потере плотности отливок и невозможности их предстоящей термической обработки:

• Воздушная пористость, предпосылкой образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, оккупированные потоком металла при заполнении формы. Что вызвано неоптимальными режимами наполнения, также низкой газопроницаемостью формы.
• Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высочайшей теплопроводимости форм вместе с затрудненными критериями питания в процессе затвердевания.
• Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной чистки сплава в раздаточной печи, также выделяющиеся из твёрдого раствора.

Задавшись целью получения отливки данной конфигурации, нужно чётко найти её предназначение: будут ли к ней предъявляться высочайшие требования по прочности, плотности либо же её внедрение ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, также издержки на их создание. Соблюдение критерий технологичности литых деталей, предполагает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая главных требований к конструкции, содействует получению данных физико-механических параметров, размерной точности и шероховатости поверхности при малой трудоёмкости производства и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда нужно учесть, что качество отливок, получаемых ЛПД, находится в зависимости от огромного числа переменных технологических причин, связь меж которыми установить очень трудно из-за быстроты наполнения формы.

Главные характеристики, действующие на процесс наполнения и формирования отливки, последующие:

• давление на металл во время наполнения и подпрессовки;
• скорость прессования;
• конструкция литниково-вентиляционной системы;
• температура заливаемого сплава и формы;
• режимы смазки и вакуумирования.

Сочетанием и варьированием этих главных характеристик, достигают понижения негативных воздействий особенностей процесса ЛПД. Исторически выделяются последующие классические конструкторско-технологические решения по понижению брака:

• регулирование температуры заливаемого сплава и формы;
• увеличение давление на металл во время наполнения и подпрессовки;
• рафинирование и чистка сплава;
• вакуумирование;
• конструирование литниково-вентиляционной системы;

Также, существует ряд нестандартных решений, направленных на устранение негативного воздействие особенностей ЛПД:

• наполнение формы и камеры активными газами;
• внедрение двойного хода запирающего механизма;
• внедрение двойного поршня особенной конструкции;
• установка заменяемой диафрагмы;
• проточка для отвода воздуха в камере прессования;

Литьё по выплавляемым моделям

Ещё один метод литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях производства деталей высочайшей точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простом случае — из воска) делается четкая модель изделия и литниковая система. Более обширное применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий используются солевые составы наименее склонные к короблению. Потом модель погружается в водянистую суспензию на базе связывающего и огнеупорного наполнителя. В качестве связывающего используют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В текущее время в ЛВМ отыскали внедрения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых критериях и являющиеся экологически неопасными. В качестве огнеупорного наполнителя используют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и создают обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым следующим слоем фракция зерна обсыпки изменяются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает более получаса, для ускорения процесса употребляют особые сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высочайшего давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре приблизительно 1000 °С для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После этого оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000 °С. Подогретый блок устанавливают в печь и нагретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате либо на воздухе. Когда блок стопроцентно охладится его посылают на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше делается отбивка керамики, дальше отрезка ЛПС.Таким макаром получаем отливку.

Достоинства этого метода: возможность производства деталей из сплавов, не поддающихся механической обработке; получение отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5—1,25 мкм, что в ряде всевозможных случаев избавляет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обыденных методах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям употребляют в критериях единичного (опытнейшего), серийного и массового производства.

В силу огромного расхода металла и накладности процесса ЛВМ используют только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на последующем основном принципе:

• Копия либо модель конечного изделия делаются из легкоплавкого материала.

• Эта модель окружается глиняной массой, которая затвердевает и образует форму.

• При следующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется и удаляется.

• Потом в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит начальную модель отливки.

Литьё по газифицируемым моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высочайшей культуре производства более прибыльно. Глобальная практика свидетельствует о неизменном росте производства отливок этим методом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, в особенности популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песочной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так выходит высокоточная отливка. В большинстве случаев форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также используют формовку в наливные и легкоуплотняемые песочные консистенции со связывающим. Область внедрения — отливки массой 0,1—2000 кг и поболее, тенденция расширения внедрения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40—1000 мм, а именно, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

На 1 тонну пригодного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

• кварцевого песка — 50 кг,
• противопригарного покрытия — 25 кг,
• пенополистирола — 6 кг,
• плёнки полиэтиленовой — 10 кв.м.

Отсутствие обычных форм и стержней исключает применение формовочных и стержневых консистенций, формовка состоит из засыпки модели песком с повторным его внедрением на 95-97 %.

Центробежное литьё

Центробежный способ литья (центробежное литьё) применяется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При всем этом расплав заливают в железную форму, крутящуюся со скоростью 3000 об/мин.

Под действием центробежной силы расплав распределяется по внутренней поверхности формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным методом можно получить двухслойные заготовки, что достигается поочерёдной заливкой в форму разных сплавов. Кристаллизация расплава в железной форме под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных отливок.

При всем этом, обычно, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особенными преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без внедрения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход пригодных отливок увеличивается до 95 %.

Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные при помощи способа центробежного литья.

Центробежное литьё — это метод получения отливок в железных формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенам формы и затвердевает. Таким макаром выходит отливка. Этот метод литья обширно употребляется в индустрии, в особенности для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Разработка центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, часто недосягаемых при других методах, например:

• Высочайшая износостойкость.
• Высочайшая плотность металла.
• Отсутствие раковин.
• В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным литьём получают литые заготовки, имеющие форму тел вращения:

• втулки;
• венцы червячных колёс;
• барабаны для бумагоделательных машин;
• роторы электродвигателей.

Наибольшее применение центробежное литьё находит при изготовлении втулок из медных сплавов, в большей степени оловянных бронз.

По сопоставлению с литьём в недвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: увеличиваются заполняемость форм, плотность и механические характеристики отливок, выход пригодного. Но для его организации нужно особое оборудование; недочеты, присущие этому методу литья: некорректность размеров свободных поверхностей отливок, завышенная склонность к ликвации компонент сплава, завышенные требования к прочности литейных форм.

Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы — метод получения фасонных отливок из железных сплавов в формах, состоящих из консистенции песочных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Желательно применение плакированных песочных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из 2-ух способов. Смесь насыпают на железную модель, подогретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких 10-ов секунд до образования узкого упрочнённого слоя, излишек консистенции убирают. При использовании плакированной консистенции её вдувают в зазор меж нагретой моделью и внешней контурной плитой. В обоих случаях нужно доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600-700 °C) на модели. Приобретенные оболочковые полуформы скрепляют, и в их заливают водянистый сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в железный кожух, а место меж его стенами и формой заполняют железной дробью, наличие которой повлияет также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим методом изготавливают разные отливки массой до 25 кг. Преимуществами метода являются значимые увеличение производительности по сопоставлению с созданием отливок литьём в песочные формы, управление термическим режимом остывания отливки и возможность механизировать процесс.