Литейное производство

   Чугун широко применяют благодаря хорошим  технологическим свойствам

   (хорошая  жидкотекучесть и обрабатываемость  резанием) и малой относительной  стоимости.

   Стали - железоуглеродистые сплавы, содержащие до 2% С. Кроме углерода в сталях содержатся Mn, Si, S, P, N, H, O и другие элементы. Стали  с добавкой

   Cr, Ni, Mo, V, W имеют особые физические, физико-химические  свойства или повышенную прочность.

   В производстве применяют три группы литейных сталей: конструкционные, инструментальные и  легированные. Литейные свойства сталей ниже литейных свойств чугунов, легированные стали имеют плохие литейные свойства. При усадке получают раковины и пористость.

   Плотные (без пор и раковин) отливки  получают при правильной их конструкции, то есть когда есть прибыль или  обеспечено направленное затвердевание. Усадка в твердом состоянии может вызвать горячие или холодные трещины, коробление отливок, высокие внутренние напряжения и изменение литейных размеров.

   Алюминиевые сплавы - сплавы основной составной  частью которых является алюминий. В качестве дополнительных компонентов, создающих те или иные специфичные технологические свойства, применяют кремний, медь, магний, титан, натрий, марганец.

   Добавка кремния улучшает литейные свойства, добавка меди улучшает обрабатываемость резанием, магний увеличивает коррозионную стойкость и прочность.

   Магниевые сплавы - сплавы на магниевой основе и в зависимости от требуемых  свойств содержащие добавки: марганец, алюминий, цинк, цирконий и другие редкоземельные элементы. Литейные свойства удовлетворительные.

   Медные  сплавы - сплавы не медной основе с добавками различных элементов; различают две основные группы медных сплавов: латуни - сплав меди с цинком; бронзы - сплав меди с другими (Кроме цинка) элементами.

   Титановые сплавы - сплавы на основе титана, содержащие добавки, которые создают особые свойства. Литье этих сплавов связано с большими технологическими трудностями (из-за активного взаимодействия расплава с материалами формы).

2. СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
1. ЛИТЬЕ В ПЕСЧАНЫЕ ФОРМЫ

   Литье в песчаные формы – это метод  литья металлов и сплавов, при  котором расплавленный металл заливается в форму, сделанную из плотно утрамбованного песка. Для того, чтобы песчинки были крепко связаны между собой, песок смешивают с глиной, водой и другими связующими веществами. Этот метод применяется для литья из стали, меди, бронзы и алюминия.

   Литье в песчаные формы — широко используемый в промышленности метод литья. Сначала, в соответствии с чертежами, делается деревянная модель изделия, затем она утапливается в песок в нижней части стального корпуса вплоть до ее самого широкого поперечного сечения (А). Затем монтируется верхняя часть формы. К нижнему корпусу за жимами прикрепляется верхний, образуя цельную коробку, а затем туда еще досыпается и утрамбовывается песок, таким образом, чтобы он покрыл всю модель целиком. В необходимых местах фиксируются литник и выпор (В). Отдельно делают внутренний литейный стержень из песка для того, чтобы можно было создать полость внутри будущей отливки. Песок форм, который первоначально был смешан с силикатом натрия, образует силика-гель, когда через него прокачивается углекислый газ. Этот -гель- имеет консистенцию сиропа и связывает песок. Затем корпус формы раскрывают и убирают деревянную модель. Стержень помещают в корпус формы, и форму опять собирают (С). Деревянный литник и выпор убираются. Расплавленный металл вливается в высушенную форму через конусообразный литник. Вытесняемый воздух выходит через выпор (D). После охлаждения корпус формы раскрывается и достается отливка (Е). Литник и выпор отрезаются, а песок выбивается. В готовой отливке (F) показана полость, образованная на месте стержня.

2.2 СПЕЦИАЛЬНЫЕ  СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

2.2.1. ЛИТЬЕ В  ОБОЛОЧКОВЫЕ ФОРМЫ

Литьё в оболочковые  формы – это способ получения  фасонных отливок из металлических  сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

         Оболочковую форму получают одним  из двух методов. Смесь насыпают на металлическую модель, нагретую до 300°С, выдерживают в течение нескольких десятков сек до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 400°С) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

         Этим способом изготавливают  различные отливки массой до  25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

2.2.2. ЛИТЬЕ ПО  ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ

 Литье по  выплавляемым моделям – это  способ получения фасонных отливок  из металлических сплавов в  неразъёмной, горячей и негазотворной  оболочковой форме, рабочая полость  которой образована удалением  литейной модели выжиганием, выплавлением  или растворением.

         При этом способе литья в  пресс-формы (обычно металлические)  запрессовывают модельный состав, который после затвердевания  образует модели деталей и  литниковой системы. Модельный  состав удаляют, чаще всего  выплавляя его в горячей воде (отсюда и название способа — литьё по выплавляемым моделям). Полученные оболочки прокаливают при температуре 800—1000°С и заливают металлом.

         Способ обеспечивает получение  сложных по форме отливок массой  от нескольких г до десятков  кг, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 4—6-му классам чистоты, и с высокой точностью размеров по сравнению с др. способами литья. Указанные особенности послужили причиной прежних названий способа — точное, или прецизионное литьё. Размеры отливок, полученных литьем по выплавляемым моделям, максимально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счёт сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

         Методом литья по выплавляемым  моделям изготовляют художественные  отливки, ювелирные изделия, зубные  протезы и др. изделия. Этот  способ литья, являясь одним  из древних, получил широкое  промышленное применение в результате совершенствования технологии литейного производства и изучения свойств кремнийорганических соединений.

         В СССР литье по выплавляемым  моделям сосредоточено в больших  высокомеханизированных цехах, которые  производят до 2,5 тыс. т готовых отливок в год. Достижением советской промышленности является создание комплексно-автоматизированного производства литья по выплавляемым моделям.

2.2.3. ЛИТЬЕ В  МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ФОРМЫ

        Кокильное литьё, способ получения  фасонных отливок в металлических формах — кокилях. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести. Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300°С, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.

         В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45% всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов.

2.2.4. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литьё под давле́нием металлов - это способ получения  отливок из сплавов цветных металлов и сталей некоторых марок в  пресс-формах, которые сплав заполняет  с большой скоростью под высоким  давлением, приобретая очертания отливки. Этим способом получают детали сантехнического оборудования, карбюраторов двигателей, алюминиевые блоки двигателей и др. Литьё производят на литейных машинах с холодной и горячей камерами прессования (рис.). Литейные формы, называются обычно Пресс-формами, изготовляют из стали. Оформляющая полость формы соответствует наружной поверхности отливки с учётом факторов, влияющих на размерную точность. Кроме того, в пресс-форму входят подвижные металлические стержни, образующие внутренние полости отливок, и выталкиватели.

         При получении отливок на литейных  машинах с холодной камерой  прессования (рис., а, б) необходимое  количество сплава заливается  в камеру прессования вручную  или заливочным дозирующим устройством.  Сплав из камеры прессования  под давлением прессующего поршня через литниковые каналы поступает в оформляющую полость плотно закрытой формы, излишек сплава остаётся в камере прессования в виде пресс-остатка и удаляется. После затвердевания сплава форму открывают, снимают подвижные стержни и отливка выталкивателями удаляется из формы. При получении отливок на машинах с горячей камерой прессования (рис., в) сплав из тигля нагревательной печи самотёком поступает в камеру прессования. После заполнения камеры прессования срабатывает автоматическое устройство (реле времени, настроенное на определённый интервал), а поршень начинает давить на жидкий сплав, который через обогреваемый мундштук и литниковую втулку под давлением поступает по литниковым каналам в оформляющую полость формы и кристаллизуется. Через определённое время, необходимое для образования отливки, срабатывает автоматическое устройство на раскрытие формы, и отливка удаляется выталкивателями. У полученных отливок обрубают (обрезают) заливы (облой), элементы литниковых систем, затем их очищают вручную или на машинах; если необходимо, производят термообработку.

         Для этого метода литья характерны  высокая скорость прессования  и большое удельное давление [30—150 Мн/м2 (300—1500 кгс/см2)] на жидкий сплав  в форме. Качество отливок зависит  от ряда технологических и конструктивных факторов, например выбора сплава, конструкции отливки, литниковой и вентиляционной систем, формы, стабильности температуры сплава и формы, вакуумирования формы для предупреждения образования пористости и т. д. Метод обеспечивает высокую производительность, точность размеров (3—7-й классы точности), чёткость рельефа и качество поверхности (для отливок массой до 45 кг из алюминиевых сплавов — 5—8-й классы чистоты). Производительность машин от 1 до 50 заливок в мин. Применяют многогнёздные формы, в которых за 1 заливку изготовляют более 20 деталей.

        Схемы литья под давлением  на машинах с камерами прессования:  а — холодной горизонтальной; б — холодной вертикальной; в  — горячей; 1 — плита крепления  подвижной части формы; 2 — выталкиватели; 3 — подвижная матрица формы; 4 — полость формы (отливка); 5 — неподвижная матрица формы; 6 — камера прессования; 7 — прессующий поршень; 8 — пресс-остаток; 9 — тигель нагревательной передачи; 10 — обогреваемый мундштук.

Литьё под давле́нием полимерных материалов – это метод изготовления изделий различной формы из пластических масс (термопластов и реактопластов) и резиновых смесей, при котором материал нагревается и размягчается (пластицируется) в обогреваемом цилиндре литьевой машины (рис.), откуда под давлением червяка или поршня нагнетается в литьевую форму. После остывания материала (для термопластов), отверждения (для реактопластов) или вулканизации (для резиновых смесей) он сохраняет конфигурацию и размеры изделия. Метод пригоден для переработки термопластов в изделия объёмом от 0,1 до 30 000 см3, а также специально разработанных реактопластов и резиновых смесей в изделия объёмом до 3000 см3. Преимущества метода по сравнению с другими методами формования изделий из полимерных материалов — высокие производительность и качество изготовляемых изделий.

        Червячная литьевая машина для  полимерных материалов: 1 и 2 —  приводы поступательного и вращательного  движений червяка; 3 — червяк (при  пластикации материала совершает вращательное и медленное поступательное движение вправо; при нагнетании материала в форму — быстрое поступательное движение влево); 4 — бункер; 5 — нагреваемый материал; 6 — расплавленный (пластицированный) материал; 7 — обогреваемый цилиндр; 8 — обогреватели; 9 — литьевая форма; 10 — изделие.