Специальные способы литья

Тема 5 «ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА»

1.Сущность литейного производства.

2.Литье в песчано-глинистые формы.

3.Специальные способы литья.

4.Экологическая оценка литейного производства.

Сущность литейного производства

Литейным производствам называются процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полную форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердевания металлов в форме получается отливка, заготовка или деталь.

Отливки могут получить различной массы: от нескольких граммов до сотен тонн; простой и сложной формы из чугуна, стали, сплавов меди и алюминия, цинка и магния.

Особенно эффективно применение отливов для получения фасонных изделий сложной конфигурации, а также изделий из малопластичных метолов и сплавов.

История литейного дела насчитывает 7 тысячелетий и включает 4 основных этапа:

1) Создание формы;

2) Плавка металла;

3) Заливка жидкого металла в форму;

4) Извлечение затвердевшей отливки из формы

До середины ХХ века литейный способ получения заготовок был одним из основных. До 85% заготовок получали литейным способом. Достоинства литейного производства – простота, низкая стоимость отливок, возможность изготовления сложных деталей. Недостатки – низкая производительность труда, неоднородность состава и пониженная плотность материала, возможны раковины.

Перспективным является применение в литейном деле полуавтоматов и автоматов, робототехнических комплексов, новых технологий литья из легированных сталей и т.д. стоимость литья зависит от объемов производства, уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

Литье в песчано-глинистые формы

Этот способ литья является наиболее распространенным и относительно простым способом получения отливок. Сущность способа заключается в том, что подбирается специальный состав песчано-глинистой смеси, в которой можно сформировать полость, которая соответствует форме будущей детали. В полость заливают металл.

Для формирования полости изготавливается модель из дерева, пластмассы или металла. Модели обычно разъемные. Для создания отверстий применяются специальные стержни. Весь этот процесс называется формовкой. Для небольших деталей ее проводят в специальных ящиках (опоках).

Отливки крупногабаритных деталей производят в почве, специально созданной в полу литейного цеха.

Формовка наиболее сложная и трудоемкая операция и занимает 40-60 процентов от общей трудоемкости получения отливок. В условиях массового и крупносерийного производства мелких и средних по массе отливок применяется машинная формовка. В форме предусмотрены отверстия для заливки металла (летники) и отверстия, через которые металл выпирает (выпоры). В летник заливают металл. После остывания, при которой отливка приобретает достаточную механическую прочность, производится извлечение ее из формы, выбивка. Это одна из самых тяжелых операций производства. Она сопровождается большими выделениями тепла и пыли. Следующая операция – обрубка летников, ненужных выступов и т.д. После обрубки проводят очистку отливок от формовочной смеси, окалины, заусениц и т.д. Перед отправкой стальных и чугунных отливок в механические цехи, они обязательно подвергаются термической обработке, обжигу или нормализации для снятия внутренних напряжений. Бракованные отливки отправляют на переплавку.

Специальные способы литья

В литейном производстве внедряются специальные способы литья, имеющие много преимуществ. К специальным способам относят литье в постоянные металлические формы (кокили), центробежное литье, литье под давлением, литье в тонкостенные разовые формы, литье по выплавляемым моделям, корковое или оболочковое литье, электрошлаковое литье. Специальные способы литья позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, повышать механические свойства отливов, улучшать условия труда и повышать производительность. Большинство операций при специальных способах литья легко поддаются механизации и автоматизации. Наиболее распространено литье в кокиль.

Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали. Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливов из цветных или железоуглеродистых сплавов. Так в чугунный кокиль можно отлить до 200 тысяч отливок из свинца, до 50 тысяч – из алюминия или 100-500 чугунных отливок.

Перед заливкой металла в кокили, формы нагревают до температуры 100-300 … , а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. После затвердевания отливку извлекают из формы встряхиванием. Кокильное литье снижает расход металла, позволяет получить отливки более высокой точности, улучшить их физико-химические свойства. Однако быстрое охлаждение металлической формы затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы.

Литье под давлением – один из наиболее производительных методов получения точных фасонных отливок из цветных металлов. Сущность способа заключается в том, что жидкий или кашеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением. Для получения отливок используют цинковые, магниевые, алюминиевые сплавы и сплавы на основе меди. Так изготавливают корпуса фотоаппаратов, детали приборов и т. д. Пресс-формы изготавливают из легированных инструментальных сталей. Стоимость пресс-формы в 3-5 раз превышает стоимость кокиля. Производительность литейных машин достигает 500 отливок в час. При массовом производстве трудоемкость при получении отливок снижается в 10-12 раз, а трудоемкость последующей механической обработки – в 5-8 раз. Экономия металла достигает 30-50 процентов. Создается возможность полной автоматизации процесса.

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок тел вращения (втулок, труб, гильз и т. д.) из цветных и железоуглеродистых сплавов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму. Жидкий металл за счет центробежной силы прижимается к стенам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Отливки получаются плотные, очищенные от газов, с мелкозернистой структурой. Центробежное литье высокопроизводительное: за 1 час отливают 40-50 чугунных труб диаметром 200-300 миллиметров. Центробежное литье обеспечивает высокое качество отливок, экономит металл, увеличивает выход годного литья. Недостатки: высокая стоимость форм и оборудования, ограниченность номенклатуры отливок.

Литье по выплавляемым моделям. Этим способом получают точные практически не требующие механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких грамм до 100 килограмм. Из парафина или другого легкоплавящегося материала изготавливают модель отливки путем запрессовки этого материала в специальную разъемную пресс-форму, изготовленную из стали. Полученную модель облицовывают в несколько слоев огнеупорным покрытием, окуная модель в связывающий состав и обсыпая кварцевым песком. Каждый слой покрытия подсушивается. После этого из керамической оболочки производится вытапливание модели из горячего воздуха или горячей воды. Вытопленный металл (парафин) собирается для повторного использования, а полученная керамическая литейная форма с гладкой внутренней поверхностью поступает на прокаливание, что придает ей прочность.

Форму помещают в стальной ящик, засыпают кварцевым песком, оставляя литниковую чашу для заливки металла и прокаливают (нагревают) до температуры 850-900 градусов. В горячую форму заливают металл, что способствует жидкотекучести металла и позволяет получить сложнейшие тонкостенные отливки. Так выливают детали самолетов, лопатки турбин, художественные изделия. Этот способ литья хорошо поддается автоматизации.