Литейное производство

Литейное производство
Оформить заявку

Литье — технологический процесс получения изделий в литейном производстве, основанный на заполнении жидким металлом формы, по­лость которой по своим очертаниям и размерам соответствует размерам и форме будущей детали (отливки).

Отливки, как правило, являются заготовками, которые затем подверга­ются обработке для получения требуемой геометрической формы, размеров и т. д. Появление прогрессивных форм литья позволяет получать готовые изделия без дальнейшей обработки.

Роль литейного производства в современном машиностроении огромна, так как отливки составляют из общего количества деталей машин, изготов­ляемых другими методами, примерно 60%. Это объясняется тем, что мето­дом литья можно получить отливки самой разнообразной конфигурации, различные по массе и размерам и, что очень важно, с небольшими припус­ками на механическую обработку.

Литьем изготовляют ответственные детали машин: поршни, блоки ци­линдров, рамы экскаваторов, коленчатые валы автомобилей и многое дру­гое, Метод литья позволяет широко использовать в машиностроении деше­вый чугун, а также и другие литейные сплавы.

Есть у этого метода и свои недостатки. Литые заготовки, например, отли­чаются пониженной плотностью, неоднородностью химического состава крупнокристаллическим строением и т. д. Исправляют эти недостатки тер­мической обработкой.

Чтобы получить более или менее ясное представление о процессе изго­товления отливки V, рассмотрим схему технологического процесса (рис. 3). Имея чертеж детали (рис. 3. I), технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели (рис. 3, II) и стержневого ящика (рис. 3. III). При этом обязательно учитывает припуск На механическую обработку и усадку сплава при его остывании. Для получения опорных поверхностей, для ус­тановки стержней на моделях выполняют стержневые знаки 12. По стерж­невому ящику формуют стержень. Он в основном предназначен для образо­вания в отливке внутренней полости. Модели и стержневые ящики обычно изготовляют из дерева, а при крупносерийном производстве из металла.

Заливают форму расплавленным металлом с помощью литниковой сис­темы, которая представляет собой опоки 3 и 5 совокупность каналов, по ко­торым расплавленный металл поступает в полость приготовленной формы. В ее состав входят: литниковая чаша 7 (рис. 3), стояк 11, шлакоуловитель 10, питатели 9 и выпоры 8. Шлакоуловитель — канал для улавливания и задержания неметаллических включений (частиц формовочной смеси, шлака и т. д.). Питатели — короткие каналы, подводящие сплав к полости формы. Выпоры — служат для выхода газов, которые образуются во время заливки формы жидким металлом.

В процессе сборки в нижнюю полуформу 2 (рис. 3, IV) устанавливают стержень 1 (рис. 3, VI) после чего соединяют обе полуформы 2 и 6 и залива­ют жидким металлом из специальных ковшей, которые переносят от пла­вильных печей к формам вручную или краном. Когда металл затвердеет, от­ливку выбивают из формы. Затем передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от пригоревшей формовочной смеси, удаляют заливы, неров­ности, заусенцы и т. п. Эту операцию осуществляют абразивными кругами, а при массовом производстве автоматическими обдирочными станками. Затем после термической обработки и последующего контроля отливку отправ­ляют для дальнейшей переработки или на склад готовой продукции.

Рис. 3

Отливки любой сложности могут быть изготовлены из различных спла­вов чугуна, стали, медных, алюминиевых, магниевых сплавов и др.

Примерно 80—85% всех изделий получают в разовых литейных формах, служащих для изготовления только одной отливки. Такие формы обычно делают из песчано-глинистой смеси. Они самые распространенные в литей­ном производстве.

Формы могут быть и полупостоянные. Их изготовляют из высокоогнеу­порных смесей (шамота, графита, асбеста и др.). Такие формы выдержива­ют значительное количество заливок — 30 ... 50, но с небольшим промежу­точным ремонтом после каждой заливки. И наконец, формы бывают посто­янные, Изготовляют их из стали, чугуна и алюминиевых сплавов. В массо­вом и крупносерийном производстве применяют также формы для получе­ния отливок специальным способом.

По сложности геометрической формы отливки делят условно на пять групп, характеризующиеся следующими показателями:

 1 — геометричес­ки простыми контурами, не имеющими внутренних полостей (крышки, пробки кранов, вилки и др.);

2 — открытыми выемками прямоугольной и цилиндрической формы (кронштейны простой формы, втулки, подпятники и др.);

3 — открытой коробчатой формой со сложным контуром периметра (корпусы и крышки редукторов и др.);

4 — полностью или частично закры­тыми коробчатыми сечениями прямоугольной или цилиндрической формы (корпусы двигателей, компрессоров и др.);

5 — особо сложной коробчатой, цилиндрической или фигурной формой.

Прогрессивные методы литья

Арсенал методов литья весьма обширен: литье в металлические формы и изложницы, точное литье в керамические формы, литье методом выжима­ния, литье под давлением, вакуумное литье, центробежное литье, литье по выплавляемым моделям и др.

Перечисленные методы литья дают возможность получить более точные и с лучшей поверхностью отливки. Кроме того, применение этих способов позволяет значительно уменьшить, а в некоторых случаях отменить при­пуск на обработку резанием. В результате получается большая экономия металла, уменьшается стоимость последующей обработки отливок. Остано­вимся кратко на некоторых из этих методов литья.

1.Литье в металлические формы (кокили).

Суть этого литья состоит в том, что расплавленный чугун, сталь или цветные сплавы заливают не в ра­зовые песчаные формы, а в металлические многократного использования. Стойкость чугунных кокилей составляет 5000 ... 1000 шт. при производст­ве мелких и средних чугунных отливок. Это дает большой экономический эффект.

В зависимости от конфигурации и размеров отливки кокили изготовля­ют из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема. Большее применение на практике находят кокили с вертикальными плос­костями разъема.

На рис. 4 показан общий вид кокиля с вертикальным разъемом: 1 — левая часть кокиля; 2 — направляющие штыри, служащие для скрепле­ния двух частей кокиля; 3 — правая часть кокиля; 4 — стержни; 5 — литниковая система; 6 — полость, соответствующая конфигурации получае­мой отливки; 7 — поршень; 8 — нижняя часть формы.

Рис. 4

На рис. 5 приведен пример чертежа отливки, полученной литьем в ко­киль.

Рис. 5

2. Литье в металлические формы — прогрессивный технологический про­цесс. Он обеспечивает большую производительность труда, механическую прочность отливок, а также уменьшает припуск на обработку резанием.

3. Центробежное литье. Этот способ от предыдущего отличается тем, что жидкий сплав заливается во вращающуюся форму, в которой он под действием центробежных сил распределяется во внутренней поверхности формы, и затвердевает.

Машины для центробежного литья с горизонтальной (I) и вертикаль­ной (II) осями вращения изображены на рис. 6, где цифрами обозначены: 1 — металлическая форма; 2 — желоб и 3 — заготовка. Втулки и трубы не­большого диаметра отливаются на машинах с горизонтальной осью вра­щения, а короткие заготовки большего диаметра — на машинах с верти­кальной осью.

Рис. 6

Центробежный способ наиболее эффективен при изготовлении полых от­ливок типа водопроводных и канализационных труб, а также втулок и гильз. Отливки, полученные этим способом, имеют точные очертания, чис­тую поверхность, мелкозернистую и плотную структуру. Кроме этого, цен­тробежный способ является высокопроизводительным. Он позволяет полу­чить внутренние полости в отливке без применения стержней и формовоч­ных смесей, а также и без литниковой системы.

4. Литье под давлением. Этот способ литья отличается от двух ранее рассмотренных тем, что расплавленный металл вводится в металлическую форму под давлением с помощью поршня или сжатого воздуха. В результа­те получается тонкостенная отливка (1 ... 5 мм), которую трудно получить другим способом.

Литейная форма обычно изготовляется из углеродистой или легирован­ной стали и применяется для получения отливок из различных сплавов: алюминиевых, цинковых, магниевых, медных и др.

Металлическую форму делают разъемной и изготовляют с большей точ­ностью. Поверхности полости такой формы подвергаются тщательной по­лировке. Этим способом можно получить сложные фасонные отливки с вы­соким классом шероховатости и точными размерами, благодаря чему почти нет необходимости в последующей обработке детали.

Отливки, полученные под давлением, широко используются в приборо­строении, автостроении и др. На чертежах литых деталей (рис. 7) должны быть указаны следующие технические требования:

1 — допускаемые от­клонения по размерам, массе и припускам на обработку;

2 — величины не указанных на чертежах радиусов закруглений;

3 — формовочные уклоны, принятые по ГОСТ 3212-80.

Рис. 7

Кроме этих, на чертежах могут быть приведены дополнительные требова­ния:

1 — при термической обработке должны быть указаны требуемые пре­делы твердости и места ее замера;

2 — при предъявлении специальных тре­бований к твердости, макро- и микроструктуре, гидроплотности, коррозион­ной стойкости, жаропрочности и другим параметрам, должны быть приведе­ны пределы требуемых величин, а также метод и схема испытаний;

3 — дан­ные (или ссылки на общие технические условия) о виде, количестве, разме­рах и местах расположения литейных дефектов (раковин, трещин и пр.), до­пускаемых на отливках, а также о дефектах, допускаемых к устранению, и способы их устранения;

4 — место маркировки детали, ее характер (углубленная или выпук­лая), а также шрифт и текст.

На рисунке 8 (I) и схеме (II) изображена форма для литья под давлением, которая состо­ит из двух частей: неподвижной 2 и подвижной 3. Она заполняется расплавленным металлом через мундштук 1 под давлением поршневыми или компрессорными машинами. Стержень 4 необходим для получения отверстия в отливке. Отливка 6 извлекается из формы специальны­ми толкателями 5.

Литье под давлением — один из прогрессив­ных методов массового производства отливок из цветных металлов.

Рис. 8

5. Литье по выплавляемым моделям.

Ли­тье по выплавляемым моделям находит широ­кое применение в современном машинострое­нии как в массовом, так и в серийном производ­стве. Объясняется это многими обстоятельства­ми. Во-первых, в этом случае нет необходимости применять разъемные формы; во-вторых,

можно получить очень сложные отливки с более точными размерами, а сле­довательно, и с меньшим объемом их обработки резанием. Этот вид литья особенно целесообразен при изготовлении деталей из сплавов, неподдаю­щихся ковке, штамповке и т. д. Литье по выплавляемым моделям дает воз­можность изготовлять тонкостенные отливки с точными размерами из уг­леродистых и легированных статей и других сплавов.

Сущность способа заключается в получении неразъемных форм путем вы­плавления модельной массы из легкоплавких материалов: технического пара­фина и технического стеарина, которые плавятся при температура 50... 80°С. Для изготовления модели расплавленная модельная масса запрессовывается в металлургическую разъемную пресс-фор­му, которая изготовляется из стали и дру­гих сплавов. Пресс-форма имеет полость, которая по своим очертаниям и размерам точно соответствует модели. После затвер­девания модельной массы пресс-форму раскрывают и извлекают модель. Таким образом, в одной пресс-ф

орме изготовляют в виде блоков несколько моделей, соеди­ненных элементами литниковой системы.

Рис. 9

На рис. 9 представлены модельные звенья 5, собранные в блоки. Эти блоки на­низываются на металлический стержень 3, который устанавливается на опоре 1. Дальнейшая сборка идет в такой последо­вательности: на стержень надевают опор­ную шайбу 2, модель литниковой чаши 4 и модельные звенья 5. Сборка блока закан­чивается стяжкой звеньев с помощью гай­ки 7, вмонтированной в колпачок 6. Затем поверхность модельных блоков покрыва­ют (3 ... 4 раза) тонким слоем огнеупорной  обмазки 8. После этого блок собранных моделей укладывают в стальную опо­ку 2 (рис. 10), засыпают сухим песком 3 и просушивают в печи при темпера туре 900... 950°С. Здесь происходит обжиг керамических оболочек и выжига­ние из них остатков модельного состава. В образовавшуюся полость 1 залива­ют расплавленный металл 4. После охлаждения отливок формы выбивают.

Рис. 10

Литьем по выплавляемым моделям изготовляют отливки весом от не­скольких граммов до десятков килограммов с толщиной стенок до 0,5 мм. Этим способом достигается высокое качество шероховатости поверхности и высокая точность для большинства деталей.

На рис. 11 дан пример чертежа отливки, полученной литьем по выплав­ляемым моделям.

Рис. 11