Основы литейного производства

Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Литьем получают заготовки различных конфигураций, размеров и массы из черных и цветных металлов и сплавов. Литье наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ изготовления заготовок.

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки, называемые в этом случае отливками, извлекают из форм.

Для получения отливок высокого качества литейные сплавы должны обладать определеннымилитейными свойствами: хорошей жидкотекучестью, низкой усадкой, иметь химические однородную структуру и т.д.

Плавление металлов перед заливкой в формы выполняютна различном оборудовании, что зависит от свойств металла и его количества. Чугун плавят в вагранках, стали - в мартеновских и электропечах, цветные сплавы - в пламенных печах и т.д.

Большую часть отливок (до 60 процентов) получают методом литья в песчано-глинистые формы (разовые). Технологический процесс литья состоит из ряда операций: изготовления модельной оснастки; приготовления формовочных и стержневых смесей; изготовления стержней и формовки по модели (или по ее части); сушки стержней и полуформ; сборки форм; заливки заранее приготовленного металла в ферму; остывания отливки в форме; забивки отливки из форм и ее очистки.

Комплект модельной оснастки состоит из модели, стержневых ящиков и опок.

Модель - приспособление для получения в песчаной форме отпечатка, наружная конфигурация которого соответствует, форме отливки. В зависимости от масштабов и характера производства модели изготовляют из дерева, металла или пластмасс; разъемные или неразъемные.

Стержневые ящики - приспособления, применяемые для изготовления стержней. Они могут быть деревянными или металлическими (в зависимости от масштабов производства), цельными или разъемными (в зависимости от сложности формы стержня).

Стержень - приспособление для получения в отливке внутренних полостей. Их изготовляют из особых жаропрочных материалов, т.к. стержни остаются внутри формы в момент заливки расплавленного металла.

Опока - металлическая рамка, которая служит для уплотнения в ней формовочной смеси при изготовлении литейной формы. Опока устанавливается на подоночную плиту.

Качество отливки во многом определяется качеством формовочных и. стержневых смесей, к которым предъявляются следующие требования: прочность, пластичность, огнеупорность, газопроницаемость и др. Формовочные материалы состоят из кварцевого песка и глины с добавлением каменноугольной пыли, молотого угля, древесных опилок, видного стекла, цемента, битума, песка и др.

Изготовление стержней состоит в плотном заполнении полости стержневого ящика стержневой смесью (трамбовка, прессование, встряхивание и т.п.).

Формовка - процесс изготовления разовой литейной полуформы (или формы), осуществляемый с помощью машин или вручную. Ручная формовка является трудоемким процессом и ее применение постоянно сокращается. Более эффективна машинная формовка, которая не только способствует повышению производительности труда, но и облегчает условия труда, улучшает качество литейных форм.

Сушку форм и стержней осуществляют в сушилках при температуре 200 – 350º С, что повышаетих прочность и улучшает газопроницаемость.

При сборке формы в нижнюю полуформу (в полости, оставшиеся от стержневых знаков модели) вставляется стержень, а сверху присоединяется верхняя полуформа, в которой уже вместе с моделью были сформированы отверстия для заливки металла и выхода газов (литниковые системы). От качества сборки зависит точность будущей отливки.

Металл заливают в форму с помощью специальных ковшей через литниковую чашу (верхняя часть литниковой системы).

При остывании отливки за счет усадки остывающий металл уменьшается в объеме, поэтому для " питания" остывающей отливкина литниковой системе предусмотрен питатель.

После затвердевания металла форму разрушают, из отливки выбивают стержни, отрезают от нее литник и очищают отливку от налипшей формовочной смеси.

Данный способ литья применяют в единичном и мелкосерийном производстве. Отливки получаются неточными, с большими припусками на последующую механическую обработку. При таком способе получения отливокна предприятии коэффициент использования металла составляет:

по чугуну - 0, 7; по стали - 0, 6.

Специальные способы литья.

Литье в постоянные металлические формы (кокили). Кокили - литейные формы многократного использования (5000 раз призаливке чугуна, 700 раз при заливке стали), изготовляются из чугуна или стали.

Преимущества этого способа: получение отливок болееточных размеров с высокой чистотой поверхности, лучшая структура металла отливки, стойкость формы, отсутствие надобности в формовочных материалах и соответствующем оборудовании, низкая себестоимость отливок, улучшение условий труда литейщиков, повышение производительности труда и т.д.

Недостатки метода - высокая стоимость кокиля, затратына изготовление которого оправдываются только при серийном или массовом виде производства, возможность появления отбеленных отливок (т.е. с излишней твердостью и хрупкостью), что влечет за собой дополнительную термообработку полученных отливок (отжиг); низкая газопроницаемость, приводящая к образованию газовых раковин в отливке, то есть к браку.

Центробежное литье. Жидкий металл заливается во вращающуюся форму, в которой под воздействием центробежной силы он распределяется равномерно по внутренней полости и затвердевает, при этом металл получает плотную структуру без усадочных раковин. Неметаллические включения (более легкие по плотности) собираются на внешней стороне отливки и удаляются при последующей механической обработке. Применяют машины с вертикальной, горизонтальной или наклонной осью вращения. Этим способом отливают трубы, стволы орудий и т.п.

К достоинствам этого способа можно отнести обеспечение высокой производительности труда; отсутствие затратна стержни и формовочные смеси; обеспечение высокого качества отливок, что сокращает потери от брака; улучшение условий труда и т.д.

Литье под давлением в настоящее время применяют в основном для получения отливокиз сплавов цветных металлов (цинковых, алюминиевых и т.п.). Способ высокопроизводителен (500 отливок в час и более). Вес отливок ограничен 15-20 килограммами. Данный способ литья используется в массовом производстве, т.к. стоимость пресс-формы очень. высока (это сложное приспособление, состоящее из 30-100 деталей).

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл заполняет пресс-форму (ее внутренние полости) под давлением поршня специальной литейной машины. После затвердевания металла форма раскрывается и отливка выталкивается толкателем. Применяют машины с горячей и холодной камерой прессования. При данном способе литья достигается высокая точность размеров и высокое качество поверхности, не требующее дальнейшей механической обработки (за исключением некоторых заключительных операций - нарезания резьбы и т.п.).

Литье в оболочковые формы. Этот способ литья является разновидностью литья в разовые песчаные формы. Сущность его заключается в том, что подогретая до 200-250°С металлическая подмодель обсыпается смесью кварцевого песка с термореактивной смолой. Термореактивная смола при нагреве до 100-200°С расплавляется, а при дальнейшем нагреве до 250-300°С необратимо затвердевает. Попадая на горячую модель, смола плавится, обволакивает зерна песка и, застывая, скрепляет их между собой, образуя точную и твердую форму толщиной 5-10 мм, которая затем прокаливается в электрической печи при температуре 300-350°С. Полученные таким способом две полуформы склеивается или скрепляются специальными зажимами, и готовая оболочковая форма заливается через литниковое отверстие расплавленным металлом. После затвердевания металла оболочковая форма разрушается и из нееизвлекается отливка.

Для крупных отливок из-за опасности разрушения оболочковой формы во время заливки металла используют опоки, в которые помещают оболочковые формы и засыпаютих чугунной дробью.

Данный способ литья используется в серийном и массовом производстве при изготовлении сравнительно набольших, но сложных по конфигурации деталей. Получаемые отливки в большинстве случаевнеподвергаются механической обработке, т.к. способ позволяет получать отливки с высокой точностью размеров и хорошим качеством поверхности.

Литье по выплавляемым моделям. Данный способ литья известен скульпторам уже много столетий. В машиностроении его начали применять ять в 40-х годах нашего столетия. Этот способ трудоемок и дорог. Но его применение оправдано при изготовлении отливок особо сложной формы или из труднообрабатываемых легированных сталей и твердых сплавов в массовом и крупносерийном производстве.

Существует множество вариантов изготовления отливок по данному методу. Разберем вкратце один из типовых процессов. В изготовленную из металла или пластмассы разъемную прессформу запрессовывают легкоплавкий материал (воск, парафин, стеарин, полистироль и т.п.) После затвердевания легкоплавкую модель вынимают из пресс--формы, собирают в блоки с общей литниковой системой и погружают в огнеупорную суспензию. Затем блок моделей посыпают сухим песком и сушат на воздухе. Эта операции повторяется несколько раз (до толщины корки 5-8 мм). Затем легкоплавкий материал вытапливают при температуре 120-150°С и готовую форму прокаливают до температуры 850-900°С, при этом форма превращается в прочную керамическую оболочку. После заливки и затвердевания металла керамическую корку разбивают.

Масса отливок, изготовленных данным методом, снижается на 50% по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы.

Для определения эффективности применения того или иного метода литья необходимо проводить технико-экономический анализ, учитывающий все производственные факторы (качество продукции, её себестоимость, культуру производства, условия труда работающих, охрану окружающей среды и многое другое).