Тема 4. Технология литейного производства
Литье – есть метод получения фасонных изделий, путем заливки расплавленного металла в изготовленную заранее форму, соответствующую размерам будущего изделия, заполнении металлом полостей формы и извлечении изделия после застывания металла. Получаемое изделие называетсяотливкой.
Для получения качественных отливок используют литейные сплавы, обладающие соответствующими литейными свойствами: жидкотекучесть, т.е. способность жидких металлов и сплавов заполнять полость формы и точно воспроизводить ее очертания;
- усадка, т.е. свойство металлов и сплавов уменьшать свой объем при кристаллизации и охлаждении, в результате чего происходит уменьшение линейных размеров отливки;
- ликвация – неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки, связанная с различной растворимостью отдельных компонентов сплавов в его твердой и жидкой фазе.
Плавку разных литейных сплавов производят в различных нагревательных устройствах - для плавки стали применяют мартеновские печи, дуговые и электроиндукционные, для плавки чугуна – вагранки, пламенные и электрические печи, для плавки цветных сплавов – тигельные печи сопротивления, пламенные, дуговые и индукционные.
Различают (классифицируют) следующие виды литья:
1. Литье в одноразовые песчано – глинистые формы (ОПГФ).
2. Специальное литье:
- кокильное литье (литье в многоразовые металлические формы);
- литье под давлением;
- центробежное литье;
- литье по выплавляемым моделям;
- оболочковое литье;
- литье по газифицируемым (выжигаемым) моделям;
- литье в графитовые формы;
- электрошлаковое литье
Литье в одноразовые песчано – глинистые формы (ОПГФ)
Суть метода заключается в изготовлении по полумоделям полуформ из песка и глины, просушке полуформ и сборке из них формы, заливке в форму расплавленного металла, выбивке формы и извлечении изделия с последующей механической и термической обработкой.
Данным методом можно получать практически любые по конфигурации и массе изделия из цветных и большинства черных сплавов.
Технологическая схема (упрощенная) литья в ОПГФ
Модели (полумодели) будущего изделия изготавливают из дерева, пластмасс или металла с учетом усадки отливки. Металлические модели – более дорогие, однако их использование становится выгодным (ввиду их большей долговечности) при крупносерийном производстве. Само изготовление моделей требует высокой квалификации рабочей силы. Для изготовления формы кроме модели изделия требуются также модели литниковой системы и системы выпоров и прибылей.
Формы изготавливаются в специальных ящиках – опоках или - для крупногабаритных изделий – в грунте. Сырьем для изготовления формы служит кварцевый песок, глина с добавками шамота и древесных стружек или торфа (для большей газопроницаемости). Для изготовления стержней, к материалу которых предъявляются большие требования по стойкости, в качестве связующего используют не глину, а синтетические смолы, жидкое стекло. Как в стержневую, так и в формовочную смесь добавляют противопригарные материалы, снижающие адгезию. Для уменьшения трудоемкости применяют машинную формовку (при серийном производстве).
Наиболее трудоемкой и вредной для здоровья рабочей силы является операция по обивке формы и выбивке (щелочном вымывании) стержней. Отбитый материал формы можно использовать вторично для изготовления формовочной (но не стержневой) смеси.
Достоинства литья в ОПГФ.
1. Низкая стоимость материала формы.
2. Широкая номенклатура изделий, возможность изготовления крупногабаритных изделий.
3. Возможность использования (в основном) рабочей силы низкой квалификации.
4. Простота технологического процесса.
5. Модель используется многократно.
Недостатки литья в ОПГФ.
1. Однократность использования формы.
2. Высокий расход металла на литники, прибыли, выпоры.
3. Низкая точность и чистота поверхности, требуется механическая обработка.
4. Сложность в организации механизации и автоматизации процесса.
5. Нерентабельность изготовления отливок со сложной поверхностью из высоколегированных сталей.
6. Крайне тяжелые и вредные условия труда.
Метод наиболее рентабелен при единичном и мелкосерийном производстве крупных изделий со сравнительно простой поверхностью из чугуна и стали.
Кокильное литье.
Суть метода заключается в заливке расплавленного метала в многоразовую стальную или чугунную форму и извлечении затвердевшей отливки.
Общий алгоритм кокильного литья. Цельный или разъемный кокиль покрывают изнутри антиадгезионным и термоизолирующим составом (окрашивают) и подогревают до температуры ~ 400 0С во избежание резкого перепада температур при заливке расплавленного металла. Затем устанавливают стержни и заливают расплавленный металл. После застывания металла отливку извлекают вытряхиванием или с помощью выталкивателя. Полученное изделие подвергают контролю, при необходимости – термической, а затем - механической обработке. Кокильным литьем получают изделия из цветных металлов и чугуна размером до 1000 мм и массой до 100 – 120 кг простой формы.
Стойкость кокиля зависит от следующих факторов:
- материал отливки;
- масса отливки;
- материал кокиля.
Для сравнения, можно отметить, что из одного чугунного кокиля можно получить несколько десятков тысяч изделий из олова или цинка, до 25 тыс. отливок из меди, до 5 тыс. отливок из чугуна.
В связи с тем, что стоимость кокиля довольно высокая, кокильное производство становится рентабельным при снятии с одного кокиля не менее 300 отливок.