Литьё металлов. Методы и способы литья металлов.

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

1. Вязкость.
2. Поверхностное натяжение.
3. Характер поверхностной оксидной пленки.
4. Наличие, содержание и состав включений.
5. Способ затвердевания.
6. Химический состав основного материала.
7. Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

• Вязкость расплава;
• Интенсивность охлаждения;
• Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

Немного истории

По нынешнему размаху промышленности современная цивилизация всего за один год перерабатывает металл в таком объеме, на добычу которого в прежние времена ушла бы как минимум пара столетий. И дело не только в усовершенствованных технологиях и возросшей скорости производственных процессов. Такой объем металлопромышленной продукции — насущная потребность современного человечества.

В докладе по физике о литье металлов нельзя не уделить немного внимания зарождению и развитию литейного дела. Способность железа застывать в заданной форме при определенных условиях была высоко оценена людьми еще в древности. По предположениям многих ученых и исследователей, знакомство человечества с металлом осуществилось посредством метеоритов.

Метеоритное железо обладало всеми характеристиками, необходимыми для успешного литья (плавкостью и т. д. ). Именно это вещество положило начало зарождению литейного дела. Древние люди довольно быстро изучили основы процесса «укрощения» металла, после чего наступила стадия развития литья как составляющей жизнедеятельности. К эпохе Средневековья литейное дело было уже крупной отраслью с большим оборотом денежных средств.

На протяжении многих веков человечество постигало тайны металла и не напрасно. Сейчас познание уже достигло такого высокого уровня, что практически любой мастер-любитель может в домашних условиях изготовить простую и небольшую металлическую деталь.

Технология литейного производства чёрных и цветных металлов

Литейные свойства материалов учитывают не только жидкотекучесть, но и уменьшение объёма, которое происходит в процессе охлаждения отливки. Такое явление называют усадкой; она составляет 1…3 % от первоначальных размеров. Поскольку все металлы анизотропны, то различают линейную и объёмную усадку, которые определяют итоговый баланс металла. Первый параметр важен для отливок с увеличенным соотношением длины к ширине, а второй – для отливок сложной формы.

В процессе охлаждения металла в его структуре наблюдается ликвация – неоднородность зёрен, что обуславливается различными свойствами составляющих. Формируются также примеси и неметаллические включения. Ликвация негативно влияет на свойства конечной продукции, поэтому неоднородность структуры стараются уменьшать всеми приемлемыми способами. В частности, действующий ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» ограничивает содержание фосфора, серы (а также их соединений – сульфидов и фосфидов), ряд газов – водород, кислород, а также количество шлаков, не выведенных из металла.

В зависимости от литейных свойств металлов принимается решение о выборе целесообразной технологии получения отливок. Различают свободное литьё в формы (песчаные или металлические), литьё под давлением, литьё выжиманием, центробежное литьё, а также комбинированные способы, например, жидкую штамповку.

Электрошлаковое литьё

Существуют виды литья металлов, которые в силу своей сложности и дороговизны целесообразно использовать для получения отливок для особо ответственных деталей.

Электрошлаковое литье выполняют в несколько этапов:

1. Создание шихты, для этого применяют предварительно подготовленные электроды.
2. Затем, электроды подогревают снизу. Для этого через токопроводящий шлак пропускают электричество. Оно разогревает шлак, и полученное тепло прогревает электроды.
3. Стальной расплав рафинируют шлаком, который исключает его насыщение кислородом и освобождает его от примесей.
4. В этом процессе применяют формы, выполненные из металла и оснащенные системой водяного охлаждения. Именно в ней происходит остужение металла и формирование детали. Если существует необходимость в получении заготовок с внутренними пустотами, то для этого применяют металлическими стержнями.

Основное достоинство этого вида отливки металла заключается в том, получается расплав без посторонних примесей и равномерной структурой стали. Такой вид плавки применяют для получения специальных сплавов, которые, получить другими видами не получается.

Литьё под давлением

Литье под давлением используется для производства отливок ответственного назначения. Процесс требует использования специального оборудования, где металл плавится, а затем поступает в форму, где охлаждается и затвердевает.

Литье под давлением используется для изготовления тонкостенных деталей с большим количеством рёбер и поднутрений. Такие отливки применяют в бытовой технике, электроинструментах, деталях автомобилей и пр. Формы для литья под давлением не ограничиваются по сечению.

1. Возможность получения деталей со сложными формами и небольших размеров.
2. Высокое качество поверхности.
3. Повышенная (в сравнении с обычными литейными технологиями) точность.
4. Стабильность характеристик металла отливки.
5. Высокая производительность.

1. Высокая стоимость оборудования и оснастки.
2. Сравнительно небольшая стойкость инструмента.
3. Повышенный уровень первоначальных финансовых затрат.

Литьё под давлением оправдывает себя при значительных программах выпуска продукции, либо при повышенных требованиях к качеству готовых отливок (в частности, для исключения последующей механической доработки).

Технологический цикл для литья под давлением очень короткий, обычно от 2 секунд до 2 минут, он состоит из следующих четырех этапов:

• Зажима частей пресс-формы, при этом одна половина закрепляется на оборудовании, а вторая получает возможность скольжения по направляющим;
• Подачи расплава в закрытый объём пресс-формы. Объём впрыска определяется объёмом металла (с учётом его усадки), давлением и мощностью подачи;
• Охлаждения расплава в процессе контакта металла со стенками пресс-формы. В некоторых случаях усадку учитывают поджатием подвижной половины пресс-формы к поверхности затвердевающей детали;
• Удаление сформированной отливки из оснастки, время которого рассчитывается, исходя из термодинамических свойств материала и максимальной толщины стенки детали.

После цикла литья под давлением обычно требуется некоторая пост-обработка. Так, при охлаждении часть материала, находящегося в каналах формы, затвердевает. Этот избыточный металл должен быть обрезан с помощью резаков. При необходимости его можно добавлять в расплав, используя для литья следующей партии продукции.

Самая древняя технология

Литьё в песчаные формы начали применять, по свидетельству археологов, более 5000 лет назад. Не удивительно, что со временем люди достигли значительных успехов в этом процессе металлообработки. К примеру, еще в VIII веке н.э. в Японии этим способом была получена отливка статуи Будды массой свыше 250 тонн для храма Тодайдзи.

До 75-80% по массе получаемых в мире отливок производят с использованием этого вида литья. Прежде всего изготовляется литейная модель, копирующая будущую деталь. Раньше ее делали из дерева или металла, сейчас все чаще используются пластиковые модели, получаемые различными способами, в том числе набирающим популярность методом быстрого прототипирования. Модель засыпается песком или формовочной смесью из песка и связующего, заполняющей пространство между нею и двумя открытыми ящиками-опоками. Отверстия в детали образуют с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает химическим твердением при введении в эту смесь материалов связующего и отвердителя. Образовавшиеся полости формы заливаются расплавом металла через литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему и подвергают отливку механической обработке.

Еще один довольно старый, но нестареющий способ – литье в кокиль. Это более качественный способ. Изготавливается разборная форма, чаще всего металлическая, получившая название кокиль, в которую производится литьё. После отверждения кокиль раскрывается, и из него извлекается изделие, причем кокиль можно использовать для отливки такой же детали многократно. Как и при литье в песчаные формы, при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят только под действием силы тяжести. Основные операции этого способа литья – очистка кокиля от остатков разделительного слоя, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем, установка стержней, сборка частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль происходит быстрее, что способствует получению качественных отливок с более плотным и мелкозернистым строением, имеющих высокие физико-механические свойства. Правда, например, отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании форма или кокиль теряет изначальные геометрические размеры, коробится, и полученные отливки становятся менее точными и поэтому требующими последующей механической доработки.

Две приведенных выше технологии литья являются самыми популярными, тем не менее они имеют серьезный недостаток –это трудоемкость подготовки литейных форм и недостаток точности получаемых отливок.

Литьё выжиманием

Технология используется в случае, когда требуется постоянная компенсация усадки материала, и применяется для литья крупных отливок с тонкими стенками. Для этого подвижная полуформа получает принудительное перемещение по направлению к поверхности расплава – вращением, винтовым или плоско-параллельным движением. Последовательность переходов такова. Металл заливают в нижнюю часть формы, далее перемещают подвижную её часть до контакта с расплавом, при этом излишек сливается в приёмный ковш установки. Поскольку между ним и основным металлом поддерживается постоянный тепловой контакт, то потери тепла минимальны, и физико-механические параметры материала равномерны во всех сечениях. Возрастает и коэффициент заполнения формы. После затвердевания подвижная полуформа перемещается в исходное положение, а готовая отливка выталкивается из полости.

1. Повышенная структурная однородность отливки.
2. Высокая равномерность физико-механических характеристик материала.
3. Высокая производительность процесса.

В основном литьё выжиманием используется для получения продукции из алюминиевых литейных сплавов.

В кокиль

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

Процесс отлива в кокиль

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

Особенности получения отливок:

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

Плюсы литья в кокиль:

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

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

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

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

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.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

• Получение полости;
• Размерная обработка элементов;
• Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня — дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Наименование	Назначение	Ориентировочная цена, тыс. руб.
Кокили	Для литья чугунных отливок массой до 15000 кг	2
Линия непрерывного литья	Для получения отливок из цветных металлов и сплавов	7200
Индукционная печь	Универсального применения	800
Машина для литья под давлением	То же	4500
Индукционный плавильный комплекс	То же	1500
Вихревые смесители непрерывного действия	Для приготовления песчаных смесей	13
Машина для центробежного литья	Универсального применения	25
Изложница	Для литья чугуна	1,5
Выбивная решётка	Для удаления остатков песчаных форм	16

Литьё металлов. Методы и способы литья металлов.

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

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

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

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

Чугунные чушки.

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

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

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

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

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

Чугун для литья приготовляют в специальных печах — вагранках. Если отливки стальные, то сталь для них плавят в конвертерах, мартеновских и электрических печах.

Для расплавления цветных металлов существуют свои плавильные печи.

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

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

Литьё металла в кокиль.

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

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

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

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

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

• Керамика. Подотовка глины для керамических изделий.
• Породы столярного дерева.

Дефекты литейных сплавов

Перед тем, как производственный цикл выпуска отливок заканчивается, физические свойства и структурная целостность конечного продукта подлежат проверке. Методы испытаний могут быть разрушающими и неразрушающими. Выбор метода обнаружения дефектов зависит от технологического назначения детали. Для некоторых чисто эстетических продуктов требуется только краткий визуальный осмотр для определения точности размеров, наличия трещин и оценки качества отделки. Для литья, имеющего индустриальное применение, в ходе испытаний устанавливаются все физико-механические свойства металла (пластичность, прочность на растяжение, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость и т.д.).

Наиболее распространёнными дефектами литья являются:

1. Усадочные дефекты. Когда металл затвердевает после заливки в формы или отливки, он должен сжиматься. Когда металла недостаточно, усадка из чугуна приведет к образованию отверстий или пустот в отливке. В зависимости от его причины существует много типов усадки. При осевой усадке материал по центру получает больше времени для затвердевания по сравнению с металлом по периферии, что приводит к образованию полости. Это может быть вызвано температурой, при которой заливается расплавленный металл, скоростью заливки, качеством исходного сырья.
2. Дисперсная усадка. Размерное изменение элементов сплава может привести к такому типу усадки, где полости образуются перпендикулярно литейной поверхности. К этому типу дефектов может привести высокое содержание азота или низкое содержание углерода.
3. Иногда все литейные изделия могут иметь одинаковый тип дефектов по размерам. Причина – разная скорость отвердевания различных частей отливки.
4. Швы или шрамы. Это металлургический дефект, который характеризуется наличием углублений на поверхности отливки. Дефект вероятен, когда в процессе плавки графит перемещается в усадочные полости.
5. Шлаковые включения. Они представляют собой мелкие пятна, обнаруженные на поверхности литейных изделий. Такие включения вызываются загрязнениями исходного металла карбидами, кальцитами, оксидами и сульфидами.
6. Незаполнение отдельных участков. Вызывается наличием газа в отдельных частях пресс-формы, пониженной текучестью материала. Потребуется увеличить температуру его нагрева и/или вести плавку в вакууме.

Центробежное литье и центробежный метод литья

Центробежный метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих форму тел вращения. Подобные отливки отливаются из чугуна, стали, бронзы и алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся со скоростью 3000 об/мин.

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

При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.

В нашем производстве используют машины с горизонтальными осями вращения. Широким спросом пользуются отливки втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные с помощью метода центробежного литья. Что такое центробежное литьё?

Центробежное литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

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 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, преимущественно оловянных бронз.

По сравнению с литьём в неподвижные формы центробежное литьё имеет ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. 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.

Подбор специалистов

Эта профессия предполагает производство чугунных, стальных или цветных металлических деталей различными процессами литья, а также периодическое проведение испытаний материалов с целью обеспечения качества. Специалист современного литейного цеха – обрубщик, плавильщик, формовщик — должен знать различные типы пресс-форм и материалов, обработку литейных инструментов, химические процессы, происходящие во время литья.

Профессиональная подготовка включает в себя:

• Теоретическое профессиональное обучение;
• Практику в компании непосредственно на рабочих местах;
• Стажировку или прохождение курсов переподготовки.

Последний этап предназначается для специалистов литейного производства, желающих повысить свою квалификацию. Среди них могут быть операторы производства, инженеры, менеджеры, металлурги, персонал подразделений, обеспечивающих качество, специалисты по охране труда.

В обязательную программу подготовки или переподготовки входят:

1. Основы металлургических процессов (материалы, термодинамика).
2. Виды оборудования.
3. Вторичные металлургические процессы (заливка, перемешивание металла, охлаждение).
4. Пресс-формы, их проектирование и обслуживание.
5. Дефекты литья.
6. Моделирование литейных процессов.

Литье по выплавляемым моделям

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.

Литье по выплавляемым моделям

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 литниковой системы 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.

Откуда идут поставки сырья и оборудования

В качестве основных химических компонентов применяются ферросплавы, соли щелочных металлов, борная кислота, бентонит и др. Основные поставщики и условия поставки представлены в таблице:

Поставщик	Наименование сырья	Ориентировочная цена
МПИ (Челябинск)	Ферросплавы	45…80 руб/кг
DOMINIK GEORG LUH TECHNOGRAFIT GMBH (Германия), Екатеринбург	Графитовые электроды	400…600 руб/т
BW KUNSTSTOFFE E.K. (Германия), Бийск, белгород	Литейные электропечи	По запросу
SMO Crl (Италия)	Пресс-формы	20000…30000
SBM InfiSPA (Италия)	Механическое и загрузочное оборудование	80000…120000

Используется отечественное сырьё, а также поставляемое из Китая, Швеции, Украины.

По газифицируемым моделям

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

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

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

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

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

Заготовки для литья по газифицируемым моделям

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

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

Литье по газифицируемым моделям

На современном этапе литье по выжигаемым моделям применяется для отливки:

Источник https://dom-kirov.ru/vidy-stali/lite-metallov.html

Источник

Источник

Источник