Литье

Литье в песчано-глинистые смесь

Литье - технологический процесс изготовления отливки, суть которого в заполнении литейной формы расплавленным материалом (литейным сплавом, пластмассой, некоторыми горными породами) и дальнейшей обработке полученных после затвердевания изделий.


1. Общая характеристика

Литье из металла - один из основных способов производства заготовок [в машиностроении], так как позволяет получить отливку практически любой формы и массы с необходимыми физико-механическими свойствами. Литье часто не только проще, но и экономичнее других способ производства (на долю литых деталей в среднем приходится 50-70% массы (в станкостроении до 90%) и 20% стоимости машин, только методами литья можно получить сложные по конфигурации и геометрией заготовки из черных и цветных сплавов с высоким (75-98%) коэффициентом использования металла).

Главным признаком технологического процесса литья является металл отливок, в зависимости от которого отличают чугуно-, стале-, меднолитейный производство и др..

Большинство литых деталей чугунные, они имеют небольшую стоимость и хорошие литейные качества, но недостаточная прочность и хрупкость чугуна ограничивают применение чугунных деталей. Стальное литье используют для ответственных деталей, но по литейными свойствами сталь уступает чугуну. Литые стальные детали имеют большие внутренние напряжения, поэтому их необходимо подвергать термической обработке.

Цветное литье (сплавы алюминия, меди, цинка, магния и др.). Благодаря особым свойствам металлов (антикорозийнисть, электропроводность, малая масса и др.). Используется в приборостроении, производстве машин и аппаратов, в сантехнике и др.., Но дефицитность и высокая стоимость цветных металлов обуславливают высокую стоимость цветного литья и ограничивают его применение.


2. Виды и способы литья

Известны следующие разновидности литья из металла:

  • в песчаные формы
  • в кокиль
  • по выплавлено моделям
  • по выкуриваемых моделям
  • литья под давлением
  • вакуумное литье
  • литье металлов с использованием машин центробежного литья

Наиболее распространенный способ - литье в разовые песчаные формы, состоит из следующих технологических операций: изготовления модели отливки формирование детали по модели; заливка расплавленного металла в форму; очистки литья. Изготовление отливок в разовых песчаных формах - процесс длительный и трудоемкий, а полученные отливки не отличаются точностью формы и размеров, имеют большие припуски и грубую поверхность. Все это потребовало создания специальных видов литья: кокильного, центробежного, под давлением, по выплавляемым моделям, выжигаются (газифицируемым) и др..

Кокильное литье - способ получения отливок в постоянных чугунных или стальных формах - кокилях. Конечно кокиль состоит из двух частей, имеющим соединение в горизонтальной или вертикальной плоскости. Металлическая форма обладает большой устойчивостью, что позволяет с помощью одной формы изготовить несколько сотен отливок. Способ используется для изготовления отливок небольшой массы и простой конфигурации.

Литье под давлением является разновидностью кокильного литья, но в этом случае металл в форму подается под давлением 1 - 5 МПа. Способ отличается высокой точностью и применяется для цветного литья.

При центробежном литье металл распределяется в форме под действием центробежных сил, возникающих при быстром вращении формы. Способ позволяет получить только детали, имеющие форму тел вращения, а также мелких отливок, литников которых расположены по радиусу вокруг оси вращения в форме с горизонтальным разъемом.

Заготовки сложных форм и небольших габаритов получают литьем по выплавляемым моделям. Модель изготавливается из легкоплавкого материала (воск, стеарин, парафин), заформовуеться, вытапливается (при этом образуется полость соответствующей конфигурации) с формы, которая затем высушивается, или прожаривается, и заливается расплавленным металлом. Отсутствие в формы разъема позволяет получить отливки точной формы без сдвигов, перекосов и т.д..

Активно развивается технология литья металла по моделям, газифицируемым (выжигаются) - способ ЛГМ, за русским названием "литье по газифицируемым моделям", или известный как "Lost Foam Casting Process". ЛГМ изобретена в 1958 г. (патент Г. Шроера). Модель отливки из пенопласта (чаще из пенополистирола) выглядит как упаковка от телевизора, или разовая пищевая тарелка, которых штампуют миллионами на автоматах, а плитами пенополистирола утепляют наружные стены высотных домов. По схожей технологии для серии отливок модели производят задуванием мелких гранул пенополистирола в легкие алюминиевые пресс-формы (весьма простые в изготовлении) с последующим вспениванием гранул при их нагревании. Для производства разовых и крупных отливок (иногда весом до нескольких тонн) подходит метод вырезание моделей из плит пенополистирола нагретой нихромовой проволокой, например, по шаблонам, а также сегодня все чаще применяют широкую гамму обрабатывающих центров плоттерная, или фрезерный-гравировального типа (точность позиции режущего инструмента - от ? 0.05 до ? 0.1 мм), стали по цене доступными для предпринимателей и широко применяемые в частности для изготовления рекламных макетов. Модель, а затем изготовлен по ней отливка имеют высокую точность и конкурентный товарный вид. Свободно можно увидеть отливку в целом изделии еще в модели к литью металла, промерять ее стенки, чего при обычной формовке для сложных отливок просто не удастся сделать. Отсутствует смещение песчаных стержней и полуформ при уборке (так как отсутствуют сами стержни), что свойственно традиционному формированию в парных опоках. Модели красят быстросохнущей краской с огнеупорным порошком, собирают с литником, засыпают сухим песком в ящике (контейнере) и заливают металлом. При заливке металл испаряет модель и собой ее замещает. В этой операции замены одного на другое заключается оригинальность или ноу-хау этой технологии, которая определяет ее название - литье по моделям, газифицируемых и делает ее уникальной. Во всех других способах формовки по модели присутствует предварительная операция ее удаления перед заливкой металлом, а в таком отсутствии удаления модели из формы и кроется "секрет" точности получаемых отливок. Что заформувалы, то и вылили в неподвижном окружающем песке. Снятие ?копии? с модели происходит одновременно с "превращением" модели газ и занятием ее места отливкой, что шутя можно сравнить с выполнением "фотографии" путем "уничтожения" оригинала, или как в шахматной партии с жертвой пешки (модели) для выигрыша туры (отливки). Чтобы модель не дымила в цех при заливке формы расплавленным металлом, из контейнера отсасывают насосом газы - разрежение поддерживают примерно пол атмосферы (бытовой пылесос уменьшает давление на 0,3 атмосферы). Производственные участки: модельный, формовочный, плавильный, очистительная имеют примерно одинаковые площади и оснащаются простым оборудованием. Все формирования состоит из засыпки сухого песка без массивных высокоточных машин прессования, встряхивания, устройств сборки форм. Акцент внимания перенесен на производство моделей - этих ?легчайших игрушек? с плотностью материала 25 ... 27 кг / м ?, преимущественно "доверяют" женским рукам, часто располагая модельный участок на втором и выше этажах цехов http://upload.wikimedia. org/wikipedia/uk/a/a8 /% D0% 9C% D0% BE% D0% B4.% D1% 86% D0% B5% D1% 85.jpg. Оборотное охлаждение песка ведут как правило в пневмопотоке, или с применением простейших конвейеров, эти металлоконструкции для экономии помещений часто монтируют с внешней стороны стены цеха, на воздухе сухой песок в силосе сохраняется "не боясь" мороза. Для черных и цветных сплавов используют одинаковое оборудование, которое, благодаря своей простоте, без осложнений производят в Украине (для других видов формовки качественное оборудование надо импортировать). Таким способом получают отливки из чугуна и стали всех видов, бронзы, латуни и алюминия всех марок. В ящике "на кусты" можно сразу лить десятки отливок, как льют ювелирные изделия. Цеха и участки с этой гибкой технологией множатся по всему миру - от Америки до Китая, на заводах General Motors, Ford Motors, Fiat. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое превысило 1,5 млн. т / год, в одном КНР работает более 300 таких цехов (на 2006 г.), прогнозы на ближайшее будущее дают этой технологии 10 ... 20% объема мирового литья. Институт ФТИМС НАН Украины, г. Киев, имеет с 1970-х годов специализацию по ЛГМ как одно из направлений своих научно-инженерных достижений, спроектировал и запустил ряд участков в Украине, в России, поставил и внедрил такое оборудование в Польше и Вьетнаме . ФТИМС имеет литейные цеха ЛГМ и поставляет технологическое оборудование литейных цехов для единичного, серийного и массового производства отливок из черных и цветных сплавов мощностью 100 - 5000 т / год. Потенциал технологии ЛГМ такой, что она позволяет лить не только металлы и сплавы, но и получать композиты и сотовые-ячеистые конструкции. Если в пиномодель помещают материалы или вставки, которые остаются в металлическом отливке, то получают композитную или армированную конструкцию. Если в пенопластовую модель помещают вставки, которые сыпятся из отливки и дают полости, или выполняют модель в виде пространственной решетки или сот, то отливка будет иметь сотовую структуру. Примером последнего служит литая металлическая пена с открытой пористости, получили немецкие литейщики. Низкие затраты на материалы (всего 4 вида, потому что не применяются в форме вяжущие) экономит не менее 100 дол. / Т литья, а размещение отливок по всему объему контейнера дает технологический выход годного до 80 ... 85%, экономию по шихте металла на 250 ... 300 кг, электроэнергии 100 ... 150 кВт.ч., массы отливок на 10 ... 20% по сравнению с традиционной Опочно формовки. Особенно большая экономия при литье сложных отливок из износостойких сталей (шнеки для машин по производству кирпича, била, молотки и детали дробилок), т. к. резко снижаются затраты на механообработку. Также льют без ограничений колеса, звездочки, корпуса, сантехнику, головки и блоки цилиндров бензиновых и дизельных двигателей, художественные, парковые и другие отливки. По данным General Motors при производстве способом ЛГМ блока цилиндров масса его уменьшилась на 15% и трудоемкость механической обработки на 50% по сравнению с традиционным литьем в стержнях. Освоено литье чугунных блоков автомобильных двигателей объемом 1,3 л для автомобиля Смысл, блок легче аналога на 5 кг. Опыт запуска цехов до 50 ... 150 т / месяц показал срок окупаемости до 12 месяцев, набор оборудования для цехов 10 ... 80 т / месяц отличается мало. Капитальные затраты на организацию производства сокращаются в 2 ... 2,5 раза, как и сроки ввода цеха в эксплуатацию и его производственная площадь. В опытном цехе ФТИМС отработан процесс литья черных и цветных металлов с весом отливки 0,1 ... 2500 кг. Литейный цех служит полигоном для нового оборудования и производит отливки из чугуна, стали, алюминия, медных сплавов (латунь, бронза) до 50 т в месяц. ЛГМ относят к наукоемких высоких технологий литья, которые свидетельствуют, что высокие технологии - это не обязательно сложные малодоступные процессы. ЛГМ способствует переходу от неглубокой переработки и экспорта полуфабрикатов и металлической сырья до выпуска наукоемкой продукции, что особенно выгодным является для Украины, которая относится к немногочисленным странам с замкнутым металлургическим циклом производства металлов из собственных


См.. также

Литература