Конспект лекций по дисциплине «Литейное производство. Производство отливок из сплавов цветных металлов Литейное производство цветных металлов

Компания «РемМехСервис» - производственная компания, деятельность которой заключается в изготовлении деталей различного назначения, узлов машин и механизмов, а также их механической обработке. Для изготовления деталей мы используем различные конструкционные материалы - резину и полимеры, стали, цветные металлы и их сплавы. Среди прочего, наше предприятие принимает заказы на изготовление литых изделий из резины. Вы можете заказать изготовление следующих изделий из резины:

1. Формовые изделия:

• запчасти к машинам и механизмам;
• кольца различного сечения;
• плиты и пластины различного назначения.
2. Неформовые изделия:
• Уплотнители различного назначения;
• коврики;
• прокладки;
• трубки.

Материал для изготовления литых резиновых изделий

Резина – эластичный материал, получаемый из натурального или синтетического каучука методом вулканизации: каучук смешивается с вулканизирующим компонентом, чаще всего серой, и нагревается. По назначению резины разделяют на:

• маслобензостойкие;
• кислотостойкие;
• агрессивостойкие;
• теплостойкие;
• термостойкие;
• озоностойкие;
• токопроводящие.

По степени вулканизации резина делится на три вида:

• мягкую, в составе которой содержится до 3% серы;
• полутвердую, с содержанием серы до 30%;
• твердую, концентрация серы в которой превышает 30%.

Наша компания в процессе производства литья резины применяет только высококачественные природные и искусственные материалы:

• каучуки (бутадиен-нитрильный каучук, фторкаучук и пр.);
• латекс;
• полиамиды;
• силикон;

Технология производства литых резиновых изделий

Базовыми процессами при переработке резин в изделия являются:

• подготовка резиновых смесей;
• отливка изделий;
• вулканизация.

В процессе приготовления смесей все порошковые компоненты сушатся и просеиваются с целью освобождения смеси от крупных включений и посторонних предметов, попадание которых в смесь приводит к снижению механической прочности и браку изделий. Каучук распаривается, измельчается, далее, с помощью вальцов, ему придается необходимая пластичность. Затем, с помощью вальцов или специальных смесителей, порошковые составляющие и каучук тщательно перемешиваются. Далее полученная масса отправляется в переработку в полуфабрикаты или готовые изделия.

Существует четыре типа переработки резиновых смесей:

• каландрование;
• непрерывное выдавливание;
• литье под давлением;
• прессование.

1. Процесс каландрования – листование резиновой смеси для получения сырой резины в листах или лентах, толщиной от 0,5 мм до 7 мм. Специальные машины – каландры – представляют из себя трехвалковую или четырехвалковую клеть листопрокатного стана. В трехвалковом каландре резиновая смесь, проходящая между верхним и средним валками (их температура 60-90 градусов), нагревается, обволакивает средний валок и выводится в зазор между средним и нижним валком, температура которого 15 градусов. Основные требования к процессу каландрования – хорошее качество поверхности, равномерность калибра по длине и ширине полотна, намотка холста с минимальным колебанием ширины закатки. Каландрованием производятся как гладкие, так и профилированные листы резины. Так же, с помощью универсального листовально - промазочного каландра, проводят обкладку или промазку текстиля тонким слоем резиновой смеси; процесс протекает так же, как и каландрование резиновых смесей.

2. Непрерывным выдавливанием (шприцеванием, экструзией) называется процесс выдавливания сырых резин, при котором разогретая резиновая смесь проталкивается через профилирующее отверстие (мундштук) и формуются профилированные заготовки. Таким способом изготавливаются трубки, полосы, шнуры и другие изделия. Температура резиновой смеси играет значительную роль в процессе непрерывного выдавливания:

• для червячных машин теплого питания она должна находиться в пределах 40-80 градусов (при ее изменении нарушается процесс шприцевания, получаются заготовки неправильного профиля);
• для червячных машин холодного питания – 18-23 градуса, что значительно упрощает регулирование температурного режима;
• в червячных шприц - машинах холодного и горячего питания, подаваемая смесь выдавливается через профильное отверстие головки с помощью червяка. В шприц – прессах смесь продавливается плунжером через мундштук под давлением. Шприц – прессы, в отличие от шприц-машин, являются механизмами периодического действия и не могут обеспечить непрерывный процесс. В свою очередь, червячные машины можно комплектовать в механические или автоматизированные поточные линии.

3. Литье резины под давлением – это процесс впрыска разогретой каучуковой смеси в подготовленную заранее сомкнутую форму, после чего происходит вулканизация смеси и получается резина с заранее заданными свойствами. Такое литье является одним из наиболее прогрессивных процессов переработки резин в изделия, который особо целесообразен при массовом изготовлении однородных изделий со сложной конфигурацией. Литье под давлением является циклическим процессом. Резиновые смеси для литья под давлением могут быть на основе изопренового и силоксанового каучуков, полихлорорлена, бутилкаучука, бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного или натурального каучука. Смеси должны обладать высокой скоростью вулканизации, при этом иметь высокую стойкость к подвулканизации. Литье резины под давлением имеет ряд преимуществ перед другими способами: благодаря замыканию формы перед впрыском подготовленной резиновой смеси, получаются изделия с гладкой поверхностью, без заусениц и облоя, не требующие дополнительной обработки, сокращается количество отходов производства.

4. Прессовый метод – один из наиболее распространенных методов получения изделий из резиновых смесей. Технология горячего прессования достаточно проста и не требует сложного дорогостоящего оборудования. Сырая резиновая смесь помещается во внутреннюю полость пресс-формы, разогретой до 130-200 градусов, вручную, далее под нужным давлением смеси придается форма внутренней полости пресс-формы. Для получения качественных монолитных изделий необходимо вывести из формы влагу и легколетучие вещества. Нужен так называемый процесс подпрессовки: кратковременное открытие формы с последующим ее смыканием. Далее следует стадия вулканизации: резиновая смесь теряет текучесть, становится прочной, эластичной. Продолжительность вулканизации в процессе горячего прессования резины может значительно превышать продолжительность цикла заполнения пресс-формы резиновой смесью и придания ей необходимой формы.

Контроль качества литья резины

Благодаря наличию современного оборудования и квалифицированного персонала, все литые резиновые изделия изготавливаются в соответствии с международными и отечественными стандартами. Специалисты отдела качества осуществляют постоянный мониторинг качества входного сырья и готовой продукции, соответствие требуемым нормам каждой партии литых резиновых изделий подтверждается паспортом готового изделия.

Как заказать и купить литые резиновые изделия?

Мы принимаем заказы на изготовление, как на серийных, так и единичных литых изделий из резины. Для заказа литья резины, заказчику необходимо предоставить чертеж или эскиз детали (фотографию) с указанием всех необходимых размеров и допусков, и данных о испытываемых нагрузках, условиях эксплуатации (температура, давление, рабочая среда и пр.). Если подобная документация отсутствует, наши специалисты окажут помощь в подготовке КД, основываясь на требованиях заказчика.

Для оформления заказа на изготовление изделий из литой резины вам необходимо заполнить форму обратной связи или отправить чертежи на почту [email protected].

Литье резины

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО , один из технологических процессов получения изделия заполнением расплавленным металлом заранее приготовленной формы, в которой металл отвердевает. Значение литейного производства в машиностроении характеризуется тем, что более 75% по весу всех деталей машин и орудий являются литыми. Изготовление деталей путем отливки является не только простым, а потому и дешевым способом, но часто при очень сложных конструкциях и крупных размерах деталей - и единственным. Литейным процессом можно получить изделия и из таких металлов, которые не обладают способностью коваться. В литейном производстве детали машин изготовляются индивидуальным, серийным и в некоторых случаях массовым порядком.

Материалами литейного производства являются: литейные материалы (чугун, сталь, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и пр.); формовочные материалы (песок, глина и т. п.); вспомогательные материалы: топливо, огнеупорные материалы, флюсы и пр. Основные операции в литейном производстве следующие: 1) приготовление формовочной земли, 2)изготовление формы (формовка), 3) плавка металла, 4) сборка и заливка формы, 5) освобождение отливки из формы (выбивка), 6) очистка литья (обрубка, очистка и обрезка), 7) термическая обработка (отжиг или полная термическая обработка).

Изготовление форм (формовка) . В литейном производстве применяются: временные формы по преимуществу из глины и песка и постоянные металлические формы, гл. обр. из стали. Металл во время затвердевания уменьшается в объеме (явление усадки ), поэтому форму изготовляют по размерам больше изделия на величину усадки. Явление усадки отражается на прочности отливки, а иногда даже на ее целости, когда, например, формовочная масса (стержни), окруженная жидким металлом, является слишком прочной и неподатливой, а металл отливки застывая сокращается. Поэтому во временных формах формовочная масса д. б. податливой; при постоянных же формах необходимо (в зависимости от скорости затвердевания металла) вовремя выбрасывать из них изделия, что достигается очень точным (по времени) действием соответствующих механизмов.

Постоянные формы получили развитие гл. обр. для отливки цветных металлов, имеющих низкую температуру плавления, и отчасти для чугуна; для стали постоянные формы применяются редко, т. к. очень трудно (даже для чугуна) подобрать металл, противостоящий многократному нагреванию и охлаждению. Особенно широкое распространение получила отливка в постоянные формы (permanent molds) с металлическими шишками алюминиевых сплавов. К числу постоянных форм можно отнести так называемые долговременные многократного применения формы (long-life molds), предложенные и запатентованные фирмой Holley Carburettor Со., Detroit. Они изготовляются из очень прочного огнеупорного материала. Вся трудность изготовления этих форм заключается в подыскании соответствующего материала (каолин, магнезия, боксит) и хорошей связи его с чугунной оболочкой. Поверхность огнеупорного слоя можно подправлять пока он не износится, после чего огнеупорный слой наносят снова. В такие формы отливаются чугун и другие металлы (кроме стали). Отбелка чугуна не имеет места, и отливка хорошо обрабатывается.

Временные формы изготовляются при помощи моделей или же шаблонов, представляющих собой точную копию отливки (увеличенную на величину усадки), и опок - прямоугольных или квадратных (реже - круглых) ящиков без дна и крышки. Опоки служат для того, чтобы придать прочность формовочному материалу и при формовке обойтись возможно меньшим количеством формовочной земли. Гораздо реже формовка производится в почве без опок или только с одной верхней опокой.

Схематически процесс изготовления форм следующий. 1) Половину модели кладут на подмодельную плиту (фиг. 1). 2) На плиту ставят нижнюю половину опоки и засыпают на несколько мм модельной землей (фиг. 2), слегка уплотняемой вокруг модели (в большинстве случаев от руки); после этого в опоку насыпают наполнительную землю (доверху и более), которую затем уплотняют б. или м. сильно в зависимости от величины и характера отливки; форму вентилируют (протыкают в нескольких местах шпилькой).

3) Набитую опоку вместе с подмодельной доской перевертывают (фиг. 3); подмодельную доску снимают; поверхность нижней опоки посыпают разделительным песком. 4) На нижнюю половину модели ставят верхнюю половину модели, засыпаемую слоем модельного песка, и верхнюю опоку (фиг. 4), в которую ставят модели литника и выпора (фиг. 5). 5) После уплотнения наполнительной земли опоки разнимают, и из каждой половины удаляют модели. 6) В освобожденную от модели нижнюю форму вставляют стержень (фиг. 6), который готовится отдельно. 7) Нижнюю опоку со стержнем накрывают верхней опокой (фиг. 7); собранные опоки грузят, т. е. на верхнюю опоку кладут, груз, чтобы предохранить ее от всплывания при заполнении формы жидким металлом.

Способы наполнения опок формовочным материалом и уплотнения его приведены на фиг. 8.

Формовочные машины делятся на три основных типа: прессующие, встряхивающие и пескометы. Каждая формовочная машина снабжена приспособлениями для освобождения модели из опоки. Основные методы освобождения модели из опок показаны на фиг. 9.

В соответствий с методами освобождения моделей из опок формовочные машины кроме того делятся на подгруппы: 1) машины с подъемом опок, 2) машины с поворотною плитой и 3) машины с протяжною плитой.

На фиг. 10 изображена обыкновенная прессовая (с ручной подпрессовкой снизу) формовочная машина; на фиг. 11 приведен один из новейших типов встряхивающе-прессовых машин системы Никольса, работающих сжатым воздухом.

Модельная плита этой машины укрепляется на держателе модели В; опока (не показана на схеме) соединяется или с модельной плитой, или с рамкой Е, служащей опорой опоки. Ставят рукоятку вентиля N направо. Происходит встряхивание; при этом воздух проходит внутрь поршня В под поршень А, который несет на себе модельную плиту. Подъем поршня управляется автоматически поднятием окон F нижним краем поршня. Через эти окна воздух перетекает в поршень В и в атмосферу. Во время встряхивания траверсы Н с прессующей колодкой стоят над опокой.

Затем рукоятку вентиля N поворачивают налево. Тогда воздух идет по другому проводу под поршень В и поднимает оба поршня с модельной плитой, рамками Dи Eи наполненной песком утрясенной опокой и прижимает последнюю к прессовой колодке, чем и достигается уплотнение. Снова поворачивают рукоятку N в среднее положение, чем открывают выходное отверстие прессового цилиндра. Оба поршня A и В, держатель модели D с модельной плитой и несущая опоку рама Е падают вниз, причем кроме прессового поршня В направляющими служат круглые штанги G. Во время движения штанги G останавливаются собачками С на известной высоте так, что рама Е с готовой формой останавливается, тогда как система В-А-D с модельной плитой продолжают движение вниз; при этом модель вытаскивается из формы. Откачнувши траверсу с прессовой колодкой, легко снять форму. Для обеспечения точного вертикального движения держателя модели D служат четыре направляющих штанги М во встряхивающем столе. Штанги G в нижнем положении погружаются в масляную ванну, равно как и направляющие М, чтобы обеспечить хорошую смазку и спокойное падение рамы Е, для чего движением ножного рычага вправо поворачивают собачку С. На раме Е можно укрепить протяжную плиту, на которую уже ставят опоку так, чтобы при высокой с крутыми стенками модели работать по способу протягивания. В обоих случаях вибратор на раме D помогает выниманию модели. На фиг. 12 представлена одна из многих конструкций пескомета - новейшей формовочной машины, производящей одновременно и наполнение опоки формовочной землей и уплотнение последней действием центробежной силы.

Формовочный материал посредством элеватора передается на встряхивающийся желоб, затем на ленту, которая передает его в головку пескомета; здесь земля подхватывается быстро вращающимся ковшом рабочей головки, который отсекает порцию земли из общего количества и с огромной скоростью (12-18 м/сек) направляет землю в опоку, где и происходит уплотнение ее. Главное преимущество пескомета по сравнению с др. типами формовочных машин заключается в том, что он не связан с определенной величиною опоки, как это имеет место в других формовочных машинах, и потому только пескомет разрешает задачу механизации работ по наполнению опок формовочным материалом и по уплотнению последнего в литейных, где преобладает работа индивидуального характера. Кроме того, пескомет обладает чрезвычайно большой производительностью.

Внутренние очертания детали, пустоты и т. п. получаются посредством стержней или шишек, которые готовятся отдельно от форм в т. н. стержневых ящиках. Т. к. в процессе заливки шишки в большинстве случаев бывают окружены расплавленным металлом, то вопрос правильной вентиляции их приобретает исключительно важное значение: газопроницаемость шишек д. б. значительно выше, нежели газопроницаемость самой формы. На фиг. 13 дан чертеж стержня (половинка стержневого ящика).

Чтобы увеличить газопроницаемость стержня, внутри его закладывают восковой шнур (восковица ), воск которого при сушке вытопится, оставив т. о. свободный проход для газа. Чтобы увеличить сопротивление стержня действию столба расплавленного металла, стержень снабжают особым металлическим каркасом. Для производства таких ответственных и сложных отливок, как например, автоблоки, радиаторы и т. п., применяются т. н. масляные стержни , которые готовятся в большинстве случаев из чистого кварцевого песка с прибавлением для связки различных вяжущих веществ; из них наилучшим следует признать льняное масло, но применяются также бобовое, маисовое масло, патока, декстрин, глютен и пр. При помощи шишек можно получать не только внутреннее, но и внешнее очертание детали (безопочная формовка ). Многие заводы в Америке применяют этот метод, опуская все формовочные работы и заменяя их стержневыми работами, которые не требуют особо квалифицированного труда.

Изготовленные формы припыливают мелкоистолченным углем или графитом, или же красят специально изготовленной массой (белюга или краска ), представляющей собой очень жидкую смесь огнеупорной глины, муки и клея; при отделке форм для чугунного литья в такую массу добавляют мелкий графит или кокс. Наглаживание поверхности формы гладилкой запрещается. После отделки форма или ставится в сушило (чаще) и собирается для заливки или же (реже) поступает в заливку в сыром виде - отливка в сырое . Сушка форм для разных металлов производится при разной температуре: для стали 500-600°С, для чугуна 200-300°С, для цветных металлов 150-250°С. Постоянные и долговременные формы всегда слегка нагревают перед отливкой (до 75-100°С), в дальнейшем для следующих отливок, наоборот, их остуживают, чтобы температура их была не выше 75-100°С. Особую заботу следует уделять вопросу сушки стержней, для чего с успехом применяются сушила непрерывного действия, позволяющие регулировать температуру сушки в строго намеченных пределах с колебанием ±5°С. Т. к. сырая форма податливее, чем сухая, то часто многие отливки, не удающиеся в сухую, удачно выходят в сырое. Однако сырая форма требует особого внимания к составу формовочной массы (нужна большая пористость для удаления не только газов, выделяющихся из металла, но и паров воды) и надлежащему уплотнению формы. Не переуплотнить («назвонить») и не слишком рыхло набить формовочную массу (иначе жидкий металл размоет стенки формы) - задача, которую может разрешить только очень опытный работник.

Плавка металла . Литейные материалы должны обладать следующими свойствами: а) жидкотекучестью, т. е. способностью расплавленного металла заполнять форму; б) минимальной усадкой, т. е. способностью отливки сохранять свою форму; в) наименьшей склонностью к ликвации ; г) возможно низкой точкой плавления. Почти все промышленные металлы (за исключением алюминия) в чистом виде не удовлетворяют этим условиям: так, железо имеет очень высокую температуру плавления и обладает незначительной жидкотекучестью и большой усадкой; медь, хотя и имеет не слишком высокую температуру плавления, но вследствие ее чрезмерно большой склонности растворять газы получение плотных беспузыристых отливок представляет большие затруднения и требует специальных условий для избежания брака отливок. Примеси других металлов и металлоидов к основному металлу (железо, медь и пр.) в значительной степени улучшают литейные качества в смысле понижения температуры плавления, уменьшения коэффициента усадки и т. д. Примесь углерода к железу в количестве 1,7% и выше понижает температуру плавления железа с 1528°С до 1135°С, коэффициент усадки - с 2% до 1%; примесь цинка или олова к меди и алюминию значительно улучшает их литейные качества. Наилучшими литейными качествами обладают сплавы алюминий-медь, алюминий-кремний. Сталь для отливок применяется двух типов: с содержанием С от 0,15 до 0,18% (временное сопротивление на разрыв 36 кг/мм 2) и от 0,30 до 0,35% (54 кг/мм 2); Мn< 0,6-0,8%, Si < 0,20%; S и Р обыкновенно менее 0,05%. Этот состав обеспечивает плотность отливки. Специальные стали для литья применяются редко. В табл. 1 приводятся наиболее употребительные литейные сплавы алюминия.

Чтобы получить отливку требуемых качеств при наименьшей стоимости ее, необходимо знать, в каких условиях будет работать отливка, какие качества потребуются от нее и какие изменения произойдут в металле при переплавке его. На основании этого составляется расчет шихты. В шихту входят кроме исходных литейных материалов также и отходы литейного цеха (литники, выпора, забракованные отливки, выплески из литейных ковшей и т. п.) и лом металлический.

Ниже приводится пример численного расчета шихты (по Мольденке) кислотоупорного серого чугуна (табл. 2).

Требуется рассчитать шихту следующего состава: 3,25% С, 1,53% Si, 1,25% М n, 0,20% Р, 0,05% S. Для расчета принимаются определенные величины угара элементов при плавке в вагранке. Задача состоит в определении относительных количеств, в которых надо смешать чугуны групп I, II и III, чтобы получить смесь состава (в %): 1,82 Si, 1,91 М n, 0,1 Р, 0,016 S.

Для этого на осях М n-Si (фиг. 14) откладываем соответственные содержания Si и М n; соединив точки, соответствующие трем чугунам (строки литейные 4, 5 и 6), видим, что точка среднего состава требуемой смеси находится внутри треугольника I-II- III, что указывает на возможность составления требуемой смеси из данных 3 сортов чугуна. Вершины треугольника I-II-III соединим с точкой О и продолжим прямые IO, IIО и IIIO до пересечения с противоположными сторонами треугольника в точках а, b и с.

Затем берем произвольную прямую О 2 О 1 , (фиг. 15), разделенную на 100 равных частей (100%), и в концах этой прямой проводим под произвольным углом прямые 0 2 К и 0 1 L, параллельные друг другу. От точки О 1 , откладываем отрезки O 1 l, O 1 l I, O 1 III, равные OI, OII, О III. Точно так же от точки О 2 откладываем прямые О 2 а, О 2 b и О 2 с, соответственно равные Оа, О b и Ос. Соединив точки а с I, b с II и с с III, мы сразу прочтем на прямой О 2 О 1 , что чугуна I надо взять 34%, чугуна II - 51% и чугуна III - 15%. Следовательно, каждые 150 кг шихты будут состоять из 34 кг чугуна I, 51 кг чугуна II, 15 кг чугуна III; 30 кг своего лома и 20 кг лома покупного.

Для расплавления различных металлов служат разнообразнейшие по конструкции печи: для расплавления стали - мартеновские печи (кислые и основные), малые бессемеры (например, Тропенаса, Робера); чугуна - вагранки, отражательные печи и тигельные установки; для алюминия, меди и их сплавов - различные конструкции тигельных, пламенных и электрических печей. Процесс плавления в вагранке является самым экономичным и потому наиболее распространенным; применение тиглей ограничено дороговизной процесса и крайним неудобством производства отливки (например, стального фасонного литья) из тиглей. Пламенные печи при цветном литье неудобны тем, что окислительное действие пламени портит качество металла, а выделяющиеся в помещении окислы металлов вредно действуют на здоровье работающих; кроме того, требуется, чтобы температура разлива цветных металлов была в очень узких, заранее назначенных пределах (например, для алюминия 700±20°С). За последнее время широкое распространение получили электропечи различных систем для плавки гл. обр. стали и цветных металлов. Главное преимущество электрических печей - их индифферентность к химическим реакциям, имеющим место во время плавки, и, как результат этого, более чистый металл; затем возможность регулировать в очень широких пределах степень перегрева металла, меньший угар его и т. п. Для расплавления чугуна применение электроэнергии обходится значительно дороже плавки в вагранках, а потому встречается сравнительно редко и то лишь в виде комбинированного процесса: вагранка-электропечь или вагранка-бессемер-электропечь, в соответствии со специальными требованиями, предъявляемыми производством. При плавке цветных металлов в электропечах снижается угар: например, угар латуни в тиглях выражается 4-6%, в электропечах 0,5-1,5%. В табл. 3 приведены сравнительные данные стоимости плавки 1 т латуни в тиглях и электропечах системы «Ajax».

Техника литья . Подводка расплавленного металла к форме составляет одну из важнейших операций в литейном производстве; металл, прекрасно составленный (по анализу), расплавленный и раскисленный согласно всем лучшим предписаниям, м. б. испорчен неумелым подводом его в форму. В первую очередь необходимо позаботиться о том, чтобы струя металла, идущая в форму, была непрерывной и заполняла каналы, подводящие металл к форме, целиком. Для этого необходимо правильно рассчитать взаимное отношение поперечных сечений литника, шлакоуловителя и питателей (фиг. 16); так, при диаметре литника, равном 20 мм, площадь поперечного сечения литника = 315 мм 2 , площадь шлакоуловителя следует брать меньшей, а именно 255 мм 2 , и сумма площадей питателей не должна превосходить 170 мм 2 .

На фиг. 17-22 приведены примеры правильных и ошибочных установок литников, шлакоуловителей и питателей.

Фиг. 17, 18 и 19 дают примеры правильной установки, фиг. 20 - неправильной установки потому, что сечение литника слишком мало и при литье металл не будет заполнять целиком шлакоуловитель, вследствие чего шлак попадет в форму и испортит отливку. На фиг. 21 показана неправильная установка: литник поставлен прямо над питателем, шлак непосредственно попадает в форму. На фиг. 22 литник смещен и поставлен прямо над питателем, шлак попадает в форму. В стальные отливки для избежания усадочных раковин ставятся две прибыли. Прибыли в стальных отливках занимают около 25-30% веса отливки. Стальные мелкие отливки, чугунные (за исключением очень ответственных) и цветное литье отливаются без прибылей. Заливка форм требует известного навыка. Металл нельзя лить в литник с перерывами струи. В некоторых случаях, когда требуется большой напор, стараются направить струю стали из ковша прямо в литник, создавая т. о. удар стали. Заливка стали считается законченной, когда металл показался в прибыли. В этот момент предпочитают в крупных отливках добавлять металл в прибыли, а не через литник. Т. о. создается горячая прибыль, питающая отливку (при сокращении объема застывающего металла) сверху, но не снизу (что вредно). Готовый металл рекомендуется перед выпуском раскислять силикошпигелем. Эта присадка делает металл более спокойным, и он хорошо разливается. В наиболее толстых частях отливок образуются усадочные раковины. Распространенный взгляд, что наличие усадочных пузырей в отливках уменьшает прочность металла, не всегда правилен: пузырь, заключенный в металле, представляет собой сферу (подобно своду) с правильно расположенными кристаллами и оказывает значительное сопротивление разрушению, особенно раздавливанию. Вытяжка ковкой этого пузыря образует складку, наличие которой уже безусловно ослабляет металл. Для избежания образования усадочных пузырей применяется центробежная отливка и отливка под давлением.

Центробежная отливка состоит в том, что расплавленный металл вводится в быстро вращающуюся металлическую форму, где под действием центробежной силы он прилипает к внешней поверхности вращающейся формы. Т. о. можно готовить разнообразные тела вращения. Схема работ центробежной литейной машины дана на фиг. 23.

Формой служит цилиндр А. Посредством рукоятки С форма А м. б. передвинута назад (на чертеж - направо). Находящийся на конце шпинделя поршень с охлаждающей ребристой поверхностью F образует заднюю стенку формы. В начале отливки форма А прижимается совершенно плотно к корпусу В, после этого наполненный расплавленным металлом ковш В вкатывают внутрь формы Д, которую одновременно с этим приводят во вращение. Поворачивая маховичок Е, выливают расплавленный металл в форму. Как только металл затвердеет, форму А подвигают вправо на поршень, который выдавливает отливку. Особо широкое распространение получил способ центробежной отливки при изготовлении чугунных труб. Материал, из которого готовятся формы для центробежных отливок, д. б, выбран особенно тщательно в зависимости от условий работы центробежной литейной машины. Для форм с высоткой степенью нагрева чугун, вследствие его склонности к росту (увеличение объема при повторных нагреваниях), применять не рекомендуется; применение стали дает лучшие результаты. Формы без футеровки, работающие с подогревом или охлаждаемые водой, могут готовиться из стали, но продолжительность службы их невелика. Поэтому предпочтительнее делать формы из нихрома (60% Ni и 40% Сг) или же из Becket-металла, а также из сплава следующего состава: 80% Ni и 20% Сг. Этот сплав выдерживает длительные и повторные температурные нагрузки свыше 1370°С. Существенным является требование, чтобы стальные формы не имели раковин ближе 3 мм от внутренней поверхности формы, и чтобы эта поверхность была совершенно гладкая; толщина стенок выбирается так, чтобы при отливках форма не нагревалась свыше критической точки данного металла.

При литье под давлением расплавленный металл вводится под высоким давлением в металлическую форму, в результате чего получаются детали, настолько точно соответствующие заданным размерам, что они не нуждаются в дальнейшей механической обработке. Это представляет особенно значительные выгоды при массовом производстве мелких и требующих большой точности деталей (например, части счетчиков, мелкие машинные части). Наиболее важными промышленными сплавами для отливок под давлением являются сплавы цинка, алюминия и отчасти меди. В табл. 4 приведены характеристики различных сплавов, применяемых для отливок под давлением.

Машины, применяемые для отливок под давлением, делятся на две основных группы. 1) Для сплавов с невысокой точкой плавления применяются поршневые машины (фиг. 24).

В жидкой металлической ванне находится насос, приводимый в движение от рычага или сжатым воздухом. При опускании поршня вниз металл через сопло вдавливается в форму. Поршневые машины для сплавов с более высокой точкой плавления (алюминиевые и пр.) оказались непригодными: металл затвердевает между поршнем и стенками цилиндра, что вызывает частую чистку и резкое повышение накладных расходов. 2) Для тугоплавких сплавов поэтому применяются машины (фиг. 25 и 26), снабженные специальным черпаком (гуснек), который при помощи особого приспособления каждый раз захватывает строго необходимую порцию металла; металл подвергается действию сжатого воздуха лишь в этом черпаке на сравнительно небольшой поверхности, чем избегается излишнее окисление металла.

Выбивка отливок . Скорейшее освобождение залитого изделия из форм имеет существенное влияние на целость его. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что горячую отливку легко деформировать неловким ударом при освобождении из формы. Особенно важно скорейшее освобождение центральных шишек у отливок. Для этой цели, когда изготовляются шишки, часть каркаса, которая является скелетом шишки, выводят через «знак» так, чтобы после заливки кувалдой по этой выступающей части легко можно было выбить шишку и тем самым дать возможность отливке свободно сокращаться в процессе дальнейшего ее остывания.

Операция выбивки опок в современных литейных полностью механизирована. Наиболее простое приспособление для этой цели состоит в том, что подвешенный к пневматическому подъемнику вибратор посредством специального приспособления м. б. присоединен к опоке, которая одновременно с этим немного приподнимается; после этого вибратор приводится в действие, и через несколько секунд опока опоражнивается. При другом способе выбивки опоки кладутся на решетку, которая при помощи кулачков приводится в колебательное движение; земля из опок проваливается сквозь решетку. Чтобы горячая земля не падала на отводящий землю ленточный конвейер слишком большими массами, под решеткой установлены два питательные валика, которые равномерно подают ее на конвейер. Выбивка стержней производится или вручную, или посредством водяной струи высокого давления, или же на специально сконструированных пневматических вибраторных машинах (фиг. 27) системы Stoney.

Отливки с тележки устанавливаются в специальных держателях машины при помощи воздушного подъемника, расположенного у каждой машины. Затем приводится в действие вибратор, и стержни выбиваются в продолжение 3-6 сек.

Очистка литья . Вынутая из формы отливка имеет ряд приливов (литники, выпора и прибыли), ненужных по чертежу изделия, но необходимых при производстве. Приставшую к отливке землю, литники и выпора удаляют обрубкой, а прибыли - отрезкой. Очищенное литье с прибылями называется черным , а без прибылей - обрезанным , или чистым. Чугунное литье б. ч. оставляют без обрезки. Очистка литья в некоторых случаях встречает затруднения, например, при взрывах металла получается «засор» в отливке, если сорванную массу не вынесло в прибыль или выпор; при неправильной постановке литника обрубщик может выломать литник с делом отливки; в таком случае отливку с литником лучше направить на обрезку; при удалении глубоких шишек очень трудно выбрать тонкую шишку из длинной трубы; в этом случае сдвиг каркаса во время застывания металла может не только помочь сохранить целость отливки, но и облегчить выбивку. Очистка внешней поверхности отливок от пригоревшей земли производится в современных литейных во вращающихся барабанах или же струей песка в пескоструйных аппаратах и камерах. Первый способ преимущественно распространен в Америке, второй - в Европе. Недостатком способа очистки литья в обыкновенных барабанах является большая затрата труда и времени на ручную загрузку и выгрузку его. Значительное упрощение получается в случае применения вместо обыкновенных барабанов - барабанов непрерывного действия (фиг. 28).

Барабан имеет внутреннюю и внешнюю полости. Отливки поступают во внутреннюю полость вращающегося барабана с правой стороны. Туда же из внешней полости сквозь особые прорезы поступают закаленные чугунные звездочки. При медленном движении по направлению к противоположному концу барабана литье успевает очиститься. Не доходя до конца барабана, чугунные звездочки проваливаются сквозь небольшие прорезы из внутренней во внешнюю полость барабана, откуда они посредством спиральных направляющих передаются к головной части барабана. Отливки более сложные, при очистке которых в барабанах можно было бы опасаться большого % брака из-за боя и которые подвергаются значительной механической обработке, очищаются в пескоструйных камерах непрерывного действия. Очень успешным оказался способ гидравлической очистки литья, впервые с успехом примененный на заводе Allis Chalmers Со. (Миллвоки): время очистки сократилось с нескольких часов до нескольких минут. Устройство используется для очистки турбинных колес, цилиндров газометров и им подобных тяжелых отливок. Очистка отливок производится в закрытой бетонной камере (фиг. 29), расположенной посредине литейной.

Внутренние размеры камеры 10370x18725x6100 мм. Толщина бетонных стен 305 мм. Чтобы защитить стены от размывающего действия воды, их покрывают стальными плитами. Внутри камеры устроены два поворотных круга диаметром 3050 мм (поднимает 100 т) и 6100 мм (300 т). Оба круга вращаются на шариковых опорах и приводятся во вращение моторами в 25 и 35 HP. Помещение для обслуживания расположено в одном из углов камеры. Установлено 2 аппарата с тремя соплами, расположенными на равной высоте. Сопла м. б. поставлены на любой высоте. Сопло для большего стола имеет диаметр 27 мм, для меньшего - 16 мм. Насос производительностью в 3500 л/мин приводится в действие мотором в 300 HP. При двух одновременно действующих соплах давление воды равно 28 atm. Получающаяся от очистки грязь отстаивается в двух лежащих под полом приемниках, из которых ее непрерывно удаляют при помощи элеватора. Землю отделяют от воды, доводят до 7% влажности и пускают опять в производство. Преимуществом этого способа очистки является дешевизна, полное отсутствие пыли, а также и то, что каркасы стержней не портятся и могут снова идти в дело.

Термическая обработка . После очистки литье подвергается иногда термической обработке. Стальное литье и ковкий чугун обязательно отжигаются. Относительно чугуна в настоящее время доказано, что он м. б. подвергнут термической обработке аналогично стали, причем структура чугуна феррито-графито-цементитная переходит в структуру перлито-графитную с повышением механических качеств (удлинение до 8%, временное сопротивление на разрыв до 40-45 кг/мм 2). Особенно облегчает термическую обработку отливка чугуна в постоянные формы. Бронзовое литье также во многих случаях м. б. улучшено посредством термической обработки. Алюминиевое литье всегда закаливается при 500±10°С и отпускается при 140 ±10°С.

Основные принципы проектирования литейных цехов . Проектируя новую литейную, прежде всего приходится считаться с расположением основных металлообрабатывающих цехов и выбирать место для литейной с таким расчетом, чтобы иметь возможность наиболее просто и дешево доставлять литье в обрабатывающие цехи. Программа работ литейной д.б. определена с возможно более точными подробностями как в количественном и весовом, так и в габаритном отношениях, что даст возможность выбрать наиболее подходящее для данного случая оборудование и наиболее целесообразный технологический процесс. Схема расчета литейной сводится в этом случае к следующему. Имея точную программу работ, составляют альбом формовок, который даст и основные принципы организации отдельных операций технологического процесса и количество потребных для производства опок и типы их, а также и необходимое количество формовочных материалов, а следовательно и мощность земледельного устройства. Получив так. обр. ориентировочные данные о расходе исходных материалов, о размере необходимых площадей, приступают к уточнению отдельных операций производственного процесса, возможной механизации его в целом или в отдельных частях. Различные варианты подсчетов взаимного расположения отдельных цехов литейной дадут возможность наиболее целесообразно разрешить вопрос организации заданного производственного процесса. Если же программа не м. б. определена с б. или м. приемлемой точностью, тогда приходится вести расчет основных и вспомогательных цехов литейной по так называемым коэффициентам. На фиг. 30 приведены обычные типы зданий литейных;

фиг. А - литейная серого чугуна для индивидуального литья; Б - литейная ковкого чугуна с установкой пламенных печей; В - фасонно-сталелитейная с отделением мартеновских печей; Г - фасонно-сталелитейная с конвертерами; Д - сталелитейная с электропечами.

Профессиональные вредности и техника безопасности . Все производственные процессы, протекающие в литейных цехах, связаны е возникновением тех или иных профессиональных вредностей. Так, при подготовке и обработке формовочных материалов, выбивке, обрубке и чистке отливок образуется огромное количество пыли (от 20 до 180 мг/м 3). Для борьбы с загрязнением воздуха пылью должна быть установлена надлежащая вентиляция; особо благоприятным в этом отношении является применение гидравлического способа очистки отливок. При формовочных работах, в тех случаях, когда формовка производится на полу литейной, рабочие вынуждены держать свое тело в согнутом, часто в весьма неестественном положении, что может вести к искривлениям костей скелета. Эти вредности устраняются при производстве работ на формовочных станках. Низкая температура в литейных в зимнее время (часто ниже 0°С), большая сырость, всегда холодный и нередко промерзший земляной пол вызывают у формовщиков частые простудные заболевания, в особенности ревматизм. При обслуживании плавильных аппаратов рабочие подвергаются вредному влиянию резких колебаний температуры. При литье из расплавленных металлов выделяются вредные газы. Из последних наибольшее значение имеют следующие: окись углерода, сернистый газ и окись цинка. Концентрация СО в воздухе литейных колеблется в среднем в пределах 0,03-0,05 мг/л, достигая в отдельные моменты литья над самыми опоками до 0,21-0,32 мг/л. (Институтом охраны труда установлена норма в 0,02 мг/л.) Количество сернистого газа (SO 2) в воздухе литейных, в зависимости от сорта применяемого металла и кокса, достигает 0,045-0,15 мг/л (норма 0,02-0,04 мг/л). Вдыхание паров окиси цинка в меднолитейных вызывает у рабочих приступы литейной лихорадки. При ручной завалке шихты в плавильные аппараты, при разливке металла по опокам вручную наблюдается чрезвычайно большое мышечное напряжение, что в связи с высокой температурой работ вызывает сильно изнуряющее потоотделение. Эти вредности устраняются применением конвейеров, механизации загрузки печей и транспорта, а также пневматической выбивки опок.

Наибольшее число несчастных случаев в чугунно- и меднолитейном производствах происходит от ожогов расплавленным и раскаленным металлом во время ручной разноски или развозки его. Особо серьезные последствия влечет соприкосновение расплавленного металла или шлака с влагой (взрывы). Для устранения этих явлений необходимо иметь ровные дорожки из кирпича, бетона, железобетона и т. п. в местах, не занятых формованием, причем главный проход д. б. не уже 2 м; д. б. правильно организован поток людей с пустыми ковшами и с расплавленным металлом; места отливок и выливания шлака должны быть сухи; ковши д. б. хорошо высушены и прогреты; кожухи ковшей должны иметь небольшие отверстия для удаления паров из обмазки и т. д. Рабочие, имеющие дело с расплавленным металлом, д. б. снабжены надлежащей спецодеждой, очками, респираторами и т. п., причем рубаха не должна заправляться в штаны и штаны в сапоги, а поля шляпы д. б. отогнуты вниз. Ручная формовка сопровождается большим количеством наколов о железные шпильки, имеющиеся в старой формовочной земле. Средством борьбы является пропускание земли через магнитный сепаратор. При переноске ковшей с расплавленным металлом центр тяжести их во избежание опрокидывания должен быть ниже оси вращения (до 50 мм). Все цепи, канаты и коромысла должны не реже одного раза в 2 месяца проверяться на полную нагрузку и не реже одного раза в 2 недели тщательно осматриваться. Все машины должны быть снабжены надежными ограждениями опасных мест.

Для регулирования в законодательном порядке условий труда в литейных Наркомтрудом издан ряд обязательных постановлений. Сюда прежде всего относятся «Правила безопасности работ в чугунно- и меднолитейном производстве»; постановления об ограничении применения труда женщин и подростков при наиболее вредных и опасных работах в литейных; постановления о сокращенном рабочем дне и дополнительном отпуске для некоторых категорий рабочих (меднолитейщиков, пескоструйщиков и др.).

Литейное производство I Лите́йное произво́дство

одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки (См. Отливка), получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из которых около 25% приходится на СССР (1972). Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность - 20%, производство санитарно-технического оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Л. п. поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы - от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Историческая справка. Производство литых изделий известно с глубокой древности (2-1-е тысячелетия до н. э.): в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13-14 вв. Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В русском государстве в 14-15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на Урале). В 1479 построена в Москве «пушечная изба» - первый литейный завод. В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах. В 1586 А. Чохов отлил «Царь-пушку» (См. Царь-пушка) (около 40 т). При Петре I изготовление отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере государства. В 17 в. чугунные отливки экспортировались за границу. В России созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 «Царь-колокол » (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I «Медный всадник» (22 т ) Э. Фальконе , в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге П. К. Клодт ом и др. Одна из самых крупных отливок в мире - шабот (нижняя часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т ) изготовлена в 1873 на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых русских заводов - Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки научного обоснования некоторых процессов литья сделали в своих работах Р. Реомюр , М. В. Ломоносов и др. учёные. Однако до 19 в. при литье использовали ранее накопленный многовековой опыт мастеров. Лишь в начале 19 в. были заложены теоретические основы литейной технологии, были применены научные методы в решении конкретных производственных задач. Труды Д. Бернулли , Л. Эйлер а, М. В. Ломоносова послужили прочной базой для разработки и совершенствования литейной технологии. В работах русских учёных П. П. Аносов а, Н. В. Калакуцкого и А. С. Лаврова были впервые научно объяснены процессы кристаллизации (См. Кристаллизация), возникновения ликвации (См. Ликвация) и внутренних напряжений в отливках, намечены пути к повышению качества отливок. В 1868 Д. К. Чернов открыл критические точки (См. Критическая точка) металлов. Его труды продолжили А. А. Байков , А. М. Бочвар , В. Е. Грум-Гржимайло , позднее Н. С. Курнаков и др. русские учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д. И. Менделеев а.

В годы Советской власти Л. п. развивалось ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено производство отливок из алюминиевых сплавов, в 1929 - из магниевых; с 1926 производилась реконструкция существовавших литейных цехов и строительство новых. Строились и вводились в эксплуатацию литейные цехи с высокой степенью механизации, с выпуском отливок до 100 тыс. т и более в год. Одновременно с перевооружением и механизацией Л. п. в СССР проводилось внедрение новой техники, создавались основы теории рабочих процессов и методы расчётов литейного оборудования. В 20-е гг. начала формироваться советская научная школа, основателями которой являются Н. П. Аксенов, Н. Н. Рубцов, Л. И. Фанталов, Ю. А. Нехендзи и др.

Технология литейного производства. Процесс Л. п. многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм - на обычное литьё, Литьё центробежное , Литьё под давлением ; по способу изготовления литейных форм - на литьё в разовые формы (служащие лишь для получения одной отливки), литьё в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называется полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, так называемые постоянные металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тыс. заливок (см. Литьё в кокиль). При производстве заготовок литьём используют разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют с помощью модельного комплекта (См. Модельный комплект) и опоки (См. Опока) (рис. 1 ). Модельный комплект состоит из собственно литейной модели (См. Литейная модель), предназначенной для получения в литейной форме полости будущей отливки, и стержневого ящика для получения литейных стержней, оформляющих внутренние или сложные наружные части отливок. Модели укрепляют на модельных плитах, на которых устанавливают опоки, заполняемые формовочной смесью. Заформованную нижнюю опоку снимают с модельной плиты, переворачивают на 180° и в полость формы вставляют стержень. Затем собирают (спаривают) верхнюю и нижнюю опоки, скрепляют их и заливают жидкий сплав. После затвердевания и охлаждения отливку вместе с литниковой системой (См. Литниковая система) извлекают (выбивают) из опоки, отделяют литниковую систему и очищают отливку - получается литая заготовка.

Наиболее распространено в промышленности производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ применяется для изготовления из различных сплавов заготовок любых размеров и конфигурации. Технологический процесс литья в песчаные формы (рис. 2 ) складывается из ряда последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, охлаждение металла и выбивка готовой отливки, очистка отливки, термообработка и отделка.

Материалы, применяемые для изготовления разовых литейных форм и стержней, делятся на исходные Формовочные материалы и формовочные смеси; их масса равна в среднем 5-6 т на 1 т годных отливок в год. При изготовлении формовочной смеси используют отработанную формовочную смесь, выбитую из опок, свежие песчано-глинистые или бентонитовые материалы, добавки, улучшающие свойства смеси, и воду. В стержневую смесь (См. Стержневые смеси) обычно входят кварцевый песок, связующие материалы (масло, смола и др.) и добавки. Приготовление смеси производят в определённой последовательности на смесеприготовительном оборудовании (См. Смесеприготовительное оборудование); ситах, сушилах, дробилках, мельницах, магнитных сепараторах, смесителях и т. п.

Формы и стержни изготовляют на специальном формовочном оборудовании (См. Формовочное оборудование) и станках. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или совместно тем и др. способом. Крупные формы заполняют с помощью Пескомёт ов, реже для изготовления форм используют пескодувные и пескострельные машины. Формы в опоках, заформованные в стержневых ящиках стержни подвергаются тепловой сушке или химическому твердению, например при литье в самотвердеющие формы (См. Литьё в самотвердеющие формы). Тепловую сушку осуществляют в литейных сушилах, а сушку стержней производят также в нагретом стержневом ящике. Сборка форм состоит из следующих операций: установка стержней, соединение половин форм, закрепление форм скобами или грузами, устанавливаемыми на верхнюю форму и предотвращающими их раскрытие при заливке сплавом. Иногда на форму устанавливают литниковую чашу, изготовленную из стержневой или формовочной смеси.

Плавят металл в зависимости от вида сплава в печах различного типа и производительности (см. Плавильное оборудование). Наиболее часто литейный чугун выплавляют в Вагранка х, применяют также электрические плавильные печи (тигельные, электродуговые, индукционные, канального типа и др.). Получение некоторых сплавов из чёрных металлов, например белого чугуна, ведут последовательно в двух печах, например в вагранке и электропечи (т. н. дуплекс-процесс). Заливку форм (См. Заливка форм) сплавом осуществляют из заливочных ковшей, в которые периодически поступает сплав из плавильного агрегата. Затвердевшие отливки обычно выбивают на вибрационных решётках (См. Вибрационная решётка) или коромыслах. При этом смесь просыпается через решётку и поступает в смесеприготовительное отделение на переработку, а отливки - в очистное отделение. При очистке отливок с них удаляют пригоревшую смесь, отбивают (отрезают) элементы литниковой системы и зачищают заливы сплава и остатки литников. Эти операции проводят в галтовочных барабанах, дробеструйных и дробемётных установках. Крупные отливки очищают гидравлическим способом в специальных камерах. Обрубку и зачистку отливки осуществляют пневматическими зубилами и абразивным инструментом. Отливки из цветных металлов обрабатывают на металлорежущих станках.

Для получения необходимых механических свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают термической обработке (См. Термическая обработка). После контроля качества литья и исправления дефектов отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Механизация и автоматизация литейного производства. Большинство технологических операций в Л. п. очень трудоёмко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоёмкости и создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций. Внедрение механизации в Л. п. относится к середине 20 в. Тогда для приготовления формовочных материалов начали использовать бегуны, сита, рыхлители, а для очистки отливок - пескоструйные аппараты. Были созданы простейшие формовочные машины с ручной набивкой форм, позднее стали применять гидравлические прессы. В 20-х гг. появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. На каждой технологической операции стремились заменить ручной труд машинным: совершенствовались оборудование для изготовления форм и стержней, устройства для выбивки и очистки отливок, механизировалась транспортировка материалов и готовых отливок, были внедрены конвейеры, разработаны методы поточного производства. Дальнейший рост механизации Л. п. выражается в создании новых усовершенствованных машин, литейных автоматов и автоматических литейных линий, в организации комплексно-автоматизированных участков и цехов. Наиболее трудоёмкие операции при производстве отливок - формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках литейных цехов в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы технологические операции. Особенно эффективно внедрение в Л. п. комплексной механизации и автоматизации. Перспективными являются автоматические линии формовки, сборки и заливки форм сплавом с охлаждением отливок и их выбивкой. Например, на линии системы Бюрер - Фишер (Швейцария) (рис. 3 ) изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы. Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущемся конвейере (рис. 4 ). Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоёмкость определённой формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляются автоматическим устройством (системы «Молдабилити-контроллер», Швейцария).

Для финишных операций (очистки и зачистки отливок) применяют проходные барабаны непрерывного действия с дробемётными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного действия, вдоль которых отливки передвигаются на замкнутом транспортёре. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости. Например, фирмой «Омко-Нангборн» (США - Япония) разработана камера типа «Робот». Каждая такая камера представляет собой независимый механизм для транспортировки отливок, который работает автоматически, выполняя команды, поступающие от так называемых модулей управления, расставленных на монорельсовой транспортной системе. В зоне очистки по заранее заданной программе с оптимальной скоростью вращается подвеска, на которую автоматически навешивается отливка. Двери камеры открываются и закрываются автоматически.

При массовом производстве предварительная (черновая) зачистка отливок (обдирка) осуществляется в литейных цехах. Во время этой операции также подготавливаются базы для механической обработки отливок на автоматических линиях в механических цехах. Заключительные операции могут производиться и на автоматических линиях. На рис. 5 показана автоматическая линия японской фирмы «Норитакэ» для зачистки блоков цилиндров автомобиля. Такая линия позволяет обработать 120 блоков за 1 ч.

Возможности механизации и автоматизации Л. п. особенно возросли после разработки принципиально новых технологических процессов литья, например изготовление оболочковых форм, или Кронинг-процесс (40-е гг., ФРГ), изготовление стержней отверждением в холодных стержневых ящиках (50-е гг., Великобритания), изготовление стержней с отверждением их в горячих стержневых ящиках (60-е гг., Франция). Еще в 40-е гг. в промышленности начали применять метод изготовления отливок высокой точности по выплавляемым моделям. За относительно короткий срок все технологические операции процесса были механизированы. В СССР создано комплексно-автоматизированное производство литья по выплавляемым моделям с выпуском 2500 т мелких отливок в год (рис. 6 ).

Лит.: Нехендзи Ю. А., Стальное литье, М., 1948; Гиршович Н. Г., Чугунное литье, Л. - М., 1949; Фанталов Л. И., Основы проектирования литейных цехов, М., 1953; Рубцов Н. Н., Специальные виды литья, М., 1955; его же, История литейного производства в СССР, 2 изд., ч. 1, М., 1962; Аксенов П. Н., Технология литейного производства, М., 1957; его же, Оборудование литейных цехов, М., 1968.

Д. П. Иванов, В. Н. Иванов.

Рис. 3. Автоматическая линия системы Бюрер - Фишер (Швейцария) для изготовления форм, заливки их сплавом и выбивки готовых отливок.

Рис. 6. Комплексно-автоматизированный цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 2500 т отливок в год.

II Лите́йное произво́дство («Лите́йное произво́дство»)

ежемесячный научно-технический и производственный журнал, орган министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР и Научно-технического общества машиностроительной промышленности. В 1930-41 выходил под названием «Литейное дело»; с 1941 по ноябрь 1949 не издавался; в дальнейшем выходит под названием «Л. п.». Освещает вопросы теории и практики литейного производства, пропагандирует передовой опыт советских предприятий в области получения высококачественных литейных сплавов, высокопроизводительных технологических процессов производства отливок, комплексной механизации, автоматизации, организации и экономики литейного производства, знакомит с достижениями зарубежного литейного производства. Тираж (1973) 14 тыс. экз. Печатается (полный перевод) в Великобритании под названием «Russian Casting Production» (Birmingham, с 1961).

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Литейное производство" в других словарях:

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО - характеризуется рядом прсф. вредностей и опасностей, требующих специальных прсфилактических мероприятий. В основе процессов литья лежит свойство металлов изменять свое физ. состояние под влиянием той или иной высокой t°. Работа в литейных… … Большая медицинская энциклопедия

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО - отрасль машиностроения, производящая металлические изделия путём заливки расплавленного металла в литейную (см.) и получения (см.). Отливка может быть законченным изделием или (см.), которую подвергают в дальнейшем механической обработке … Большая политехническая энциклопедия

Картина Педера Северина Крёйера, изображающая литейное производство Литейное производство о … Википедия

литейное производство - [(steel) casting; (iron) foundry (founding)] производство отливок с использованием литейных форм заливкой и затвердеванием в них металла. Получение литых металлических изделий известно с глубокой древности (2 1 е тысячелетие до н.э.); в Китае,… … Энциклопедический словарь по металлургии

I Литейное производство одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки (См. Отливка), получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из… … Большая советская энциклопедия

Все металлы, способные плавиться, как, напр., золото, серебро, олово, свинец, цинк и т. п., могут быть употребляемы для отливок. Но главнейшим материалом для этого дела в нынешнее время служат сплавы меди и железа в виде чугуна и стали. Из… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Литейное производство является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом.
На XI Съезде литейщиков России в Екатеринбурге в сентябре 2013 года был остро поставлен вопрос о состоянии литейной отрасли, которое неразрывно связано с развитием машиностроения.
Производство российского литья за годы реформирования сократилось в 4,5 раза с 18,5 млн. тонн до 4,2 млн. тонн и имеет тенденцию к понижению ниже 4,0 млн. тонн в 2013. Число литейных производств сократилось почти в три раза с 3500 до 1250 предприятий. Ликвидировано 10 научно-исследовательских институтов литейного производства.
Экспорт литья незначителен, экспорт литейного оборудования практически отсутствует. Вместе с тем, импорт литейного оборудования в том числе для литейных цехов металлургических заводов за 10 лет с 2003 года увеличился почти в 9 раз, превысив 1.0 млрд. ам. дол. в 2012 году.
Необходимы неотложные меры по возрождению российского литейного производства, для чего нужно объединение усилий литейных предприятий, машиностроительной отрасли, научного потенциала при реальной поддержке государственных организаций и финансовых институтов развития в рамках частно–государственного партнёрства.
Анализу состояния российского литейного производства посвящена статья Президента ассоциации литейщиков России проф. Диброва И.А.

Рис.1. Выпуск отливок по странам в 2011 г.

Литейное производство России является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Перспективы развития литейного производства определяются потребностью в литых заготовок, их динамикой производства, авторитетом литейных технологий и конкурентной способностью среди развитых зарубежных стран.

Рассмотрим состояние литейного производства России.

В 2011 в мире было произведено 98,6 млн. тонн отливок из черных и цветных сплавов, в том числе в России 4,3 млн.т, что составляет 4,36%

Выпуск отливок по странам приведен на рис. 1, из которого видно, что лидирующее место в производстве отливок занимает Китай, который сегодня производит около половины мирового выпуска литых заготовок.

Рис.2. Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г.

Россия занимает 6-е место после Китая, США, Индии, Германии и Японии.

Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г. составил 59,49 млн. тонн, что составляет 60% мирового производства (рис. 2). Россия среди стран BRICS занимает третье место и производит 8,22% от выпуска литья этими странами.

Литейное производство в России занимает лидирующее положение среди таких заготовительных баз машиностроения, как сварка и кузница. Коэффициент использования металла (от 75 до 95%). С другой стороны, литейное производство является наиболее наукоемким, энергоемким и материалоемким производством. Для производства 1 тонны отливок требуется переплавка 1,2-1,7 тонн металлических шихтовых материалов, ферросплавов и флюсов, переработка и подготовка 3-5 тонн формовочных песков (при литье в песчано-глинистые формы), 3-4 кг связующих материалов (при литье в формы из ХТС) и красок. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляют 50-60%, стоимость материалов 30-35%.

Рис.3. Объемы производства отливок в России с 1990 по 2012 гг.г.

Динамика производства отливок в России с 1990 по 2012 гг. приведена на рис. 3. Наиболее высокие объемы производства отливок были в 1985 г. и составляли 18,5 млн. тонн. После этого начался резкий спад производства, связанный с нарушением общих принципов кооперации машиностроительной продукции между республиками СССР, приватизацией и ликвидацией предприятий. Только в Москве закрылись около 20 предприятий, в том числе АМО „ЗИЛ“, заводы „Станколит“, „Динамо“, завод им. Войкова, на которых производили около 500 тыс. тонн литья. С 2001 по 2008 гг. производство отливок стабилизировалось на уровне 7 млн. тонн. В дальнейшем спад производства отливок связан с экономическим кризисом, сокращением квалифицированных кадров, в первую очередь, пенсионеров, закрытием предприятий. В последние годы производство отливок из черных и цветных сплавов стабилизировалось на уровне 4,2 – 4,4 млн. тонн.

Общее число литейных предприятий в России составляет около 1250, которые производят отливки, оборудование, сопутствующие материалы.

Выпуск отливок на одного работающего в 2012 г. составил около 14,3 тонн в год.

В литейном производстве машиностроения и металлургии (по экспертной оценке) занято около 300 тыс. человек, в том числе 90% рабочих, 9,8% инженерных и 0,2% научных работников.

Основное количество литейных предприятий в России (78%) составляют небольшие литейные цехи с объемом выпуска до 5000 тонн литья в год.

Данные по мощностям, объемам выпуска и числу работающих в литейных цехах, по имеющимся у ассоциации сведениям, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Анализ состояния производств России по мощностям, объемам выпуска и числу работающих

№	Объем выпуска отливок (т в год)	Кол-во работающих человек	Кол-во предприятий	%	Примечания
1	50000-100000	2000-3000	12	1	Литейные цехи автозаводов, энергомашиностроения, оборонный комплекс
2	10000-50000	500-2000	84	6,7	Литейные цехи крупных машиностроительных заводов
3	5000-10000	200-500	180	14,4	Цехи машиностроительных заводов и отдельные цехи
4	1000-5000	50-200	430	34,4	Цехи машиностроительных предприятий
5	Менее 1000	50-100	544	43,5	Мелкие цехи различного назначения

По технологическим процессам производство отливок распределяется следующим образом:

Таблица 2. Производство отливок по технологическим процессам, %

78 % отливок производятся на механизированных линиях и машинах и вручную. Уровень автоматизации и механизации литейного производства России представлен в табл. 3.

Таблица 3. Уровень автоматизации и механизации литейного производства

В настоящее время экспорт отливок составляет 30 тыс. тонн в год в такие страны, как Германия, Англия, Франция, Израиль, Швеция, Норвегия, Финляндия, импорт составляет около 70 тыс. тонн.

Объемы производства отливок существенно зависят от объемов производства отечественного литейного оборудования для собственных нужд и поставки на экспорт.

Ряд основных производителей литейного оборудования в России сохранили и расширили свою специализацию, однако они не удовлетворяют потребность литейных цехов и заводов. В России не производится следующее оборудование:

• автоматические и механизированные линии для изготовления безопочных форм из песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей;
• машины для изготовления форм из песчано-глинистых смесей с размером опок от 400х500мм до 1200х1500мм;
• машины для изготовления литейных стержней по горячей и холодной оснастке;
• оборудование для покраски литейных форм;
• кокильные машины;
• машины для литья под низким давлением;
• машины для центробежного литья;
• индукционные печи средней частоты емкостью более 10 тонн для выплавки чугуна и стали;
• смесители периодического и непрерывного действия для приготовления холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час;
• оборудование для регенерации холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час.

Производится неполная гамма машин для литья под высоким давлением.

Парк литейного оборудования за последние 5 лет обновляется незначительно, его средний возраст 28 лет.

Рис.4. Динамика импорта литейного оборудования с 2003 по 2012 гг.

В связи с этим ожидается, что в ближайшие 5-10 лет недостающее оборудование будет закупаться у зарубежных фирм Германии, Италии, США, Японии, Турции, Дании, Англии, Чехии, Франции и др.

Оценим рынок импортного оборудования.

Динамика импорта литейного оборудования в Россию с 2003 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена на рис.4.

В 2012 г. импорт оборудования, запасных частей и приспособлений для литейного и смежных производств из всех стран мира составил около 705 млн. дол. США. Динамика импорта литейного оборудования со всех стран мира с 2007 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена в табл. 4.

Таблица 4. Динамика импорта литейного оборудования с 2007 по 2012 гг.

2007	2008	2009	2010	2011	2012
833,1	948,1	632,2	499,15	676,24	1081,5

Наиболее высокие объемы поставок литейного оборудования в Россию из всех стран мира до 2012 г. были в 2008 г., но в 2012 г. объем поставок оборудования вырос и составил более 1 млрд. дол. США. Поставки только литейного оборудования составляют 720 млн. долларов США, на остальные 259,5 млн. дол. США в Россию поставлены отливки, изложницы, поддоны, различные приспособления и приборы, в том числе для литейных цехов металлургического производства. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за три последних года (2010-2012 гг.) представлена в табл. 5 (млн. дол. США).

Таблица 5. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за 2010-2012 гг.

Из табл.5 видно, что литейное оборудование в основном поставляется из Германии и Италии. В целом, из зарубежных стран закупается 72% литейного оборудования. Поэтому производство отливок для изготовления отечественного оборудования сокращается.

Несмотря на низкий уровень объемов производства отливок в последние годы многие заводы проводят реконструкцию литейного производства на базе новых технологических процессов и материалов, перспективного оборудования.

Основной целью реконструкции является расширение объемов производства, повышение качества продукции, отвечающего современным требованиям заказчика, улучшение экологической ситуации и условий труда. При проведении реконструкции требуется глубокое изучение рынка сбыта продукции, анализ современных технологических процессов, оборудования и материалов, разработка оптимальной технологической планировки и расстановки оборудования, разработка рабочего проекта. Для технологического и рабочего проектирования нужны квалифицированные специалисты. К сожалению, сегодня в России ограниченное количество организаций, способных полностью взять на себя технологическое и рабочее проектирование цеха или участка. Поэтому создаются творческие группы специалистов и организаций, выполняющих данного рода работы.

За последние 3 года реконструировалось полностью или частично более 90 литейных цехов и участков.

Реконструкция цехов и заводов осуществляется на базе механизированных линиях, заменяя ручной труд. Только за последние 4 года (2008-2012 гг.) в литейных цехах установлено 25 автоматизированных и механизированных линий для изготовления литейных форм.

Внедрение перспективных технологий

Для получения чугуна и стали перспективными являются технологические процессы плавки в индукционных и дуговых электропечах, обеспечивающих стабильно заданный химсостав и температуру нагрева расплава для проведения эффективной внепечной обработки.

Для выплавки литейных сплавов перспективными являются:

Для плавки чугуна:

• Индукционные тигельные печи средней частоты емкостью до 10-15 тонн. Такие печи производят отечественные фирмы: ООО „РЭЛТЕК“, Екатеринбург, ОАО „Электротерм-93“, г. Саратов, ОАО „Новозыбковский завод электротермического оборудования“, ООО „Курай“, г. Уфа, ЗАО НПП „Институт Электротехнологий“, Екатеринбург, ООО „СОДРУЖЕСТВО“ и другие,
  а также иностранные фирмы АВР, Юнкер (Германия), „Индуктотерм“, „Аякс“ (США), „ЭГЕС“, Турция, которые нашли наиболее широкое распространение в России;
• Дуговые печи постоянного тока производства ОАО „Сибэлектротерм“, г. Новосибирск, ООО „НТФ „ЭКТА“, Москва, ООО „НТФ „Комтерм“, Москва.

Для выплавки чугуна более технологически гибкими являются индукционные тигельные печи средней частоты.

Рис.5. Увеличение объемов производства чугуна, выплавленного в индукционных печах (%)

К сожалению, в последние годы не проводятся работы по совершенствованию технологии ваграночной плавки чугуна,. Нет, и ранее не было, в России серийного производства вагранок. В связи с этим все работающие вагранки изготовлены кустарным способом без подогрева дутья и качественной очистки отходящих газов от пыли и вредных составляющих. Газовые вагранки не нашли должного распространения в нашей стране вследствие отсутствия ее надежной конструкции и применяются лишь для получения низких марок чугуна.

На рис.5 представлены данные об увеличении объемов производства отливок из чугуна, выплавленного в индукционных печах, и уменьшении объемов производства отливок из ваграночного чугуна.

Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г. представлено в табл. 6.

Таблица 6. Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г.

Рис.6. Рост объемов производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов (%)

Увеличение объемов выплавки в индукционных печах чугуна с низким содержанием серы позволило повысить производство отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. В период с 2006 по 2012 гг. выпуск отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита вырос на 12 % (рис.6) за счет снижения производства отливок из серого и специального чугунов и стали.

Для плавки стали:

• Дуговые электропечи переменного и постоянного тока, индукционные печи средней и повышенной частоты.

Производство отливок из различных типов стали в 2012 г. Представлено в табл. 7.

Таблица 7. Производство отливок из стали

Для плавки цветных сплавов:

• Электрические индукционные, дуговые и печи сопротивления, газовые и мазутные печи.

Производство отливок из цветных сплавов в 2012 г. представлено в табл. 8.

Таблица 8. Производство отливок из цветных сплавов

В последние годы наблюдался рост производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют

Производство фасонных отливок в России из алюминиевых сплавов различными методами представлено в табл. 9.

Таблица 9. Производство фасонных отливок из алюминиевых сплавов различными методами

В настоящее время развитие производства высококачественных отливок на базе современных технологических процессов в различных отраслях машиностроения осуществляется неравномерно. Наиболее высокие объемы производства отливок наблюдаются в транспортном (автомобильном, железнодорожном и коммунальном) машиностроении, тяжелом и энергетическом машиностроении и оборонной промышленности.

Рис.7. Производство отливок по отраслям в 2012 г.

Объемы производства отливок по отраслям представлены на рис. 7

Анализ динамики производства отливок и отечественного литейного оборудования за последние 10 лет не позволяет определить перспективы развития литейного производства на ближайшие годы. Увеличение объемов производства отливок из черных и цветных сплавов не предвидится, так как продолжается политика и практика закупки машиностроительной продукции за рубежом. Также продолжается тенденция увеличения закупок литья за рубежом. Потребность отечественной промышленности в литых заготовках снижается. Литые заготовки не конкурентоспособны на мировом рынке по причине их высокой себестоимости и по показателю «цена-качество» мы уступаем развитым зарубежным странам.

Новые литейные технологии в последние годы не разрабатываются, так как 10 научно-исследовательских институтов, занимающиеся литейным производством ликвидированы системой приватизации. Научными исследованиями занимаются только литейные кафедры ВУЗов, основной задачей которых является подготовка молодых специалистов. Основное количество кафедр не оснащено современными приборами и оборудованием. Координация научной деятельности в России отсутствует. Количество научных работников за последние 15 лет сократилось с 8 до 0,2% от всех работающих в литейном производстве. Нарушена связь науки с производством, отраслевая наука отсутствует.

В существующих условиях для дальнейшего развития литейного производства, реконструкции старых литейных цехов и строительства новых на базе новых технологических процессов и современного экологически чистого оборудования большую роль играет информационная деятельность, которую проводит Российская ассоциация литейщиков. Ассоциация регулярно организовывает научно-технические специализированные конференции, один раз в 2 года проводится съезд литейщиков и выставка с участием зарубежных специалистов, кроме того, организовывает поездки специалистов на международные выставки по литейному производству и литейные заводы зарубежных стран с целью ознакомления с инновационными техническими решениями и обмена опытом. Выпускает ежемесячно научно-технический журнал «Литейщик России».

Необходимо отметить, что наряду со стабилизацией объемов производства отливок в последние 4 года качество литья значительно повысилось, увеличилась размерная точность и, соответственно, уменьшилась их масса, повысились прочностные и эксплуатационные характеристики, улучшился товарный вид.

Значительно улучшилась технологическая оснащенность ряда предприятий, за последние 15 лет около 350 предприятий провели реконструкцию, которая сдерживается отсутствием оборотных средств на многих предприятий.

Надеемся, что совместная деятельность литейных предприятий с научными и общественными организациями при поддержке Правительства РФ позволит осуществлять дальнейшее развитие литейного производства России.

• Тэги:

Литейное производство - одно из древнейших ремёсел, освоенных человечеством. Первым литейным материалом была бронза. В древности бронзы представляли собой сложные сплавы на основе меди с добавками олова (5-7 %), цинка (3-5 %), сурьмы и свинца(1-3%) с примесями мышьяка, серы, серебра (десятые доли процента). Зарождение выплавки бронзы и получения из нее литых изделий (оружия, украшения, посуды и др.) в разных регионах относится к,3-7 тысячелетию до и, э. По-видимому, почти одновременно была освоена плавка самородных серебра, золота и их сплавов. На территории, где жили восточные славяне, развитое литейное ремесло появилось в первых веках н. э.

Основными способами получения отливок из бронзы и сплавов серебра и золота были литье ij каменные формы и литье по воску. Каменные формы делали из мягких пород известняка, в которых вырезали рабочую полость. Обычно каменные формы заливали в открытую, так что одна сторона изделия, образуемая открытой поверхностью расплава, оказывалась плоской. При литье по воску сначала изготовляли восковые модели как точные копии будущих изделий. Эти модели погружали в жидкий глиняный раствор, который затем высушивали н обжигали. Воск выгорал, в образовавшуюся полость заливали расплав.

Большой шаг вперед в развитии бронзового литья был сделан, когда началось литье колоколов и пушек (XV-XVI вв.). Широко известно мастерство и искусство русских умельцев, изготовивших уникальные бронзовые отливки - «Царь-пушку» массой 40 т (Андрей Чохов, 1586 г.), и «Царь-колокол» массой 200 т (Иван и Михаил Моторины, 1736 г.).

Бронзы и позже латуни на протяжении многих веков были главным материалом для изготовления художественных отливок, памятников и скульптур. До наших дней сохранилась бронзовая скульптура римского императора Марка Аврелия (II век н, э.). Всемирную известность получили отлитые из бронзы памятники Петру 1 в Ленинграде (1775 г.) и памятник «Тысячелетие России» в Новгороде (1862 г.). В наше время был изготовлен литой бронзовый памятник Юрию Долгорукому - основателю Москвы (1954 г.).

В XVIII в. на первое место по массовости и универсальности выходит новый литейный материал - чугун, послуживший основой развития машинной индустрии в первой половине XIX в, К началу XX в. литейное производство цветных металлов и сплавов заключалось в получении фасонных отливок из оловянных бронз и латуней и слитков из меди, бронзы и латуней. Фасонные отливки изготовляли только литьем в песчаные формы (тогда говорили и писали «земляные формы», «литье в землю»). Слитки получали массой не более 200 кг литьем в чугунные изложницы.

Следующий этап развития литейного производства цветных металлов и сплавов начался примерно с 1910-1920 гг., когда были разработаны новые сплавы, прежде всего на основе алюминия и несколько позже на основе магния. Одновременно началось освоение фасонного и заготовительного литья из специальных бронз и латуней - алюминиевых, кремниевых, марганцевых, никелевых, а также освоение производства слитков из никеля и его сплавов. В 1920-1930 гг. создаются цинковые сплавы для литья под давлением. В 1930-1940 гг. получает развитие фасонное литье из никелевых сплавов. Период 1950-1970 гг. был ознаменован разработкой технологии плавки и литья титана и его сплавов, урана и других радиоактивных металлов, циркония и сплавов на его основе, молибдена, вольфрама, хрома, ниобия, бериллия и редкоземельных металлов.

Освоение новых сплавов потребовало коренной перестройки технологии плавки и плавильного оборудования, применения новых формовочных материалов и новых способов изготовления форм. Массовый характер производства способствовал разработке новых принципов организации производства, основанных на широкой механизации и автоматизации процессов изготовления форм и стержней, плавки, заливки форм, обработки отливок.

Необходимость обеспечения высокого качества литых заготовок привела к глубоким научным исследованиям свойств жидких металлов, процессов взаимодействия расплавов с газами, огнеупорными материалами, шлаками и флюсами, процессов рафинирования от включений и газов, процессов кристаллизации металлических сплавов при очень малых и очень больших скоростях охлаждения, процессов заполнения

литейных форм расплавом, затвердевания отливок с сопутствующими явлениями - объемной и линейной усадкой, возникновением различной структуры, ликвацией, напряжениями. Начало этим исследованиям было положено в 1930-1940 гг. акад. А. А. Бочваром, заложившим основы теории литейных свойств сплавов.

Начиная с 1920-1930 гг. для плавки цветных [металлов и сплавов широко применяют электрические печи - сопротивления, индукционные канальные и тигельные. Плавка тугоплавких металлов практически оказалась возможной только при использовании дугового разряда в вакууме и электронно-лучевого нагрева. В настоящее время идет освоение плазменной плавки, на очереди - плавка лазерным лучом.

В 1940-1950 гг. произошел массовый переход от литья в песчаные формы к литью в металлические формы - кокили (алюминиевые сплавы, магниевые и медные) к литью под давлением (цинковые, алюминиевые, магниевые сплавы, латуни). В эти же годы в связи с производством литых турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов возродился на новой основе древний способ литья по воску, названный точным литьем и называемый теперь литьем по выплавляемым моделям. Этот способ обеспечил получение отливок с очень небольшими припусками на механическую обработку вследствие очень точных размеров и высокой чистоты поверхности, что было необходимо в связи с крайне трудной обрабатываемостью всех жаропрочных сплавов на никелевой и кобальтовой основах.

В заготовительном литье (получение слитков для последующего деформирования с целью изготовления полуфабрикатов) в 1920-1930 гг. вместо чугунных начали широко использовать водоохлаждаемые изложницы, В 1940-1950 гг. происходит внедрение полунепрерывного и непрерывного литья слитков из алюминиевых, магниевых, медных и никелевых сплавов.

В 1930-1940 гг. произошли коренные изменения в принципах построения технологии заливки литейных форм и затвердевания отливок. Эти изменения были обусловлены как резким отличием свойств новых литейных сплавов от свойств традиционного серого чугуна и оловянной бронзы (образование прочных оксидных плен, большая объемная усадка, меняющийся от сплава к сплаву интервал кристаллизации), так и возросшим уровнем требований к отливкам по прочности, плотности и однородности.

Были разработаны конструкции новых расширяющихся литниковых систем в отличие от старых сужающихся. В расширяющихся системах площади поперечного сечения каналов увеличиваются от стояка к литникам-питателям, так что самым узким местом является сечение стояка на переходе к шлаковику-коллектору. В этом случае первые порции металла, вытекающие из стояка в шлаковик, не могущего заполнить, Истечение расплава из шлаковика в литники происходит под действием очень небольшого напора в незаполненном шлаковике. Этот небольшой напор создает соответственно небольшую линейную скорость поступления расплава в полость литейной формы. Струи расплава в форме не разбиваются на капли, не, захватывают воздух; но разрушается оксидная плена на поверхности расплава в форме, расплав не загрязняется пленами. Благодаря таким достоинствам расширяющихся литниковых систем их применяют в настоящее время для получения ответственных отливок из всех сплавов,

Другим важным достижением в технологии получения качественных отливок развитым и реализованным в период освоения фасонного литья из новых сплавов цветных металлов, является принцип направленного затвердевания отливок. Опыт, накопленный при получении отливок из традиционных, «старых» литейных сплавов - серого чугуна и оловянной бронзы, свидетельствовал о том, что не обходимо рассредоточить подвод расплава в литейную форму, обеспечивая в первую очередь надежное заполнение полости формы и не допуская местного ее разогрева. Объем серого чугуна почти не меняется при кристаллизации, и поэтому отливкам из этого сплава практически не поражаются усадочной пористостью или раковина `i`e и не нуждаются в прибылях.

«Старые» оловянные бронзы с 8-10 % олова имели очень большой интервал) кристаллизации, поэтому при литье в песчаные формы вся объемная усадка в отливках проявлялась в виде мелкой рассеянной пористости, неразличимой простым глазом. Создавалось впечатление, что металл в отливке плотный и что использовании опыта получения чугунных отливок, с подводом металла к тонким частям ее, оправдывает себя и в случае литья изделий из бронзы. Прибыли как технологические приливы на отливках просто не существовали. В форме предусматривался лишь выпор - вертикальный канал из полости формы, появление расплава в котором служило признаком заполнения литейной формы.

Для получения отливок высокого качества из новых сплавов оказалось необходимым осуществить направленное затвердевание от тонких частей, которые, естественно, затвердевают первыми, к более массивным и далее к прибылям. При этом убыль объема при кристаллизации каждого ранее затвердевающего участка восполняется расплавом из участка, еще не начавшего затвердевать, и, наконец, из прибылей, которые затвердевают последними. Такое направленное затвердевание требует очень грамотного выбора места подвода расплава в форму. Нельзя подводить расплав в самый тонкий по сечению участок, рациональнее осуществить подвод жидкого металла около прибыли с тем, чтобы в ходе заполнения эта часть формы разогрелась. Для создания направленного затвердевания необходимо намеренно замораживать те части формы, где затвердевание должно произойти быстрее. Это достигается с помощью холодильников в песчаных формах или специальным охлаждением в металлических формах. Там, где затвердевание должно совершаться в последнюю очередь, форму намеренно утепляют или разогревают.

Принцип направленного затвердевания, осознанный и сформулированный при освоении производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, сейчас совершенно обязателен для получения качественных отливок из любых сплавов.

Разработка научных основ плавки сплавов цветных металлов, их кристаллизации, освоение технологии получения фасонных отливок и слитков является заслугой большой группы ученых, многие из которых были тесно связаны с высшей школой. К ним в первую очередь следует отнести А. А. Бочвара, С. М. Воронова, И. Е. Горшкова, И. Ф. Колобнева, Н. В. Окромешко, А. Г. Спасского, М. В. Шарова.

Научные разработки и производственные процессы в области литейного производства цветных металлов в нашей стране соответствуют передовым достижениям научно-технического прогресса. Их результатом, в частности, явилось создание современных цехов кокильного литья и литья под давлением на Волжском автомобильном заводе и ряде других предприятий. На Заволжском моторном заводе успешно работают крупные машины литья под давлением и усилием запирания пресс-формы 35 МН, на которых получают блоки цилиндров из алюминиевых сплавов для автомашины «Волга». На Алтайском моторном заводе освоена автоматизированная линия по получению отливок литьем под давлением. В Советском Союзе впервые в мире разработан и освоен процесс непрерывного литья слитков из алюминиевых сплавов в электромагнитный кристаллизатор. Этот способ существенно повышает качество слитков и позволяет снизить количество отходов в виде стружки при их обточке.

Основная задача, стоящая перед литейным производством в нашей стране, заключается в существенном общем повышении качества отливок, которое должно найти выражение в уменьшении толщины стенок, снижении припусков на механическую обработку и на литниково-питающие системы при сохранении должных эксплуатационных свойств изделий. Конечным итогом этой работ))» должно быть обеспечение возросших потребностей машиностроения необходимым количеством литых заготовок без существенного роста общего выпуска отливок но массе.

Проблема повышения качества отливок тесно связана с проблемой экономного расходования металла. Применительно к цветным металлам обе эти проблемы приобретают особую остроту. В связи с истощением богатых месторождений цветных металлов стоимость их производства непрерывно и существенно возрастает. Сейчас цветные металлы в пять-десять и более раз дороже чугуна и углеродистой стали. Поэтому экономное расходование цветных металлов, сокращение потерь, разумное использование отходов является непременным условием развития литейного производства.

В промышленности постоянно увеличивается доля сплавов цветных металлов, получаемых путем переработки отходов - обрези, стружки, различного лома и шлаков. Эти сплавы содержат повышенное количество разнообразных примесей, способных снизить их технологические свойства и эксплуатационные характеристики изделий. Поэтому в настоящее время ведутся широких исследования для выработки способов рафинирования подобных расплавов и отработки технологии получения качественных литых заготовок.

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЛИВКАМ

Отливки из сплавов цветных" металлов должны иметь определенный химический со став, заданный уровень механических свойств, необходимые размерную точность и чистоту поверхности без внешних и внутренних дефектов. В отливках не допускаются трещины, неслитины, сквозные раковины и рыхлоты. Поверхности, являющиеся базами для механической обработки, не должны иметь наплывов и повреждений. Допустимые дефекты, их количество, способы обнаружения и методы исправления регламентируются отраслевыми стандартами (ОСТами) и техническими условиями.

Отливки поставляют с обрубленными литниками и обрезанными прибылями. Места обрезки и обрубки на необрабатываемых поверхностях зачищают заподлицо. Допускается исправление дефектов заваркой и пропиткой. Необходимость термической обработки определяется техническими условиями.

Точность размеров отливок должна отвечать требованиям ОСТ 1.41154-72. Допуски, включающие в себя сумму всех отклонений от размеров чертежа, имеющих место на различных стадиях изготовления отливки, кроме отклонений, обусловленных наличием литейных уклонов, должны соответствовать одному из семи классов точности (табл. 20). В каждом классе точности все допуски на любой размер одного вида (Д,Т или М) являются для данной отливки равными и устанавливаются по наибольшему габаритному размеру.

Обрабатываемые поверхности отливок должны иметь припуск на механическую обработку. Минимальный припуск должен быть больше допуска. Величина припуска определяется габаритными размерами и классом точности отливок.

Чистота поверхности отливок должна соответствовать заданному классу шероховатости. Она зависит от способа изготовления отливок, применяемых материалов для изготовления форм, качества подготовки поверхности моделей, кокилей и пресс-форм. Для получения отливок, отвечающих перечисленным выше требованиям, применяют различные способы литья в разовые формы и формы многократного использования.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОТЛИВОК

По условиям службы независимо от способа изготовления отливки делят на три группы: общего, ответственного и особо ответственного назначения.

К группе общего назначения относят отливки для деталей, не рассчитываемых на прочность. Конфигурация и размеры их определяются только конструктивными и технологическими соображениями. Такие отливки не подвергают контролю рентгенопросвечиванием.

Отливки ответственного назначения используют для изготовления деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при статических нагрузках. Они проходят выборочный контроль рентгенопросвечиванием.

К группе особо ответственного назначения относят отливки для деталей, рассчитываемых на прочность и работающих при циклических и динамических нагрузках. Их подвергают индивидуальному контролю рентгенопросвечиванием, флуоресцентному контролю и контролю вихревыми токами.

В зависимости от объема приемно-сдаточных испытаний отраслевыми стандартами ОСТ11.90021- 71, ОСТ 1.90016- 72, ОСТ1.90248- 77 предусмотрено деление отливок из сплавов цветных металлов на три группы.

К 1 группе относят отливки, контроль механических свойств которых осуществляют выборочно на образцах, вырезанных из тела контрольных отливок, с одновременным испытанием механических свойств на отдельно отлитых образцах от каждой плавки или поштучное испытание на образцах, вырезанных из прилитых к каждой отливке заготовок, а также поштучный контроль на плотность (рентгенопросвечивание).

Ко II группе относят отливки, механические свойства которых определяют на отдельно отлитых образцах или на образцах, вырезанных из прилитых к отливке заготовок, и по требованию завода-потребителя на образцах, вырезанных из отливок (выборочно), а также поштучный или выборочный контроль на плотность отливок методом рентгенопросвечивания. (Для отливок IIа группы контроль на плотность не производят).

III группу составляют отливки, у которых контролируют только твердость. По требованию завода-потребителя производят контроль механических свойств на отдельно отлитых образцах.

Отнесение отливок к соответствующей группе производится конструктором и оговаривается в чертеже.

В зависимости от способа изготовления, конфигурации поверхностей, масс максимального геометрического размера, толщины стенок, характеристики в ступов, ребер, утолщений, отверстий, количества стержней, характера механической обработки и шероховатости обработанных поверхностей, назначения и особых технических требований предусмотрено деление отливок на 5-6 групп сложное (литье в песчаные формы и под давлением - 6 групп; литье в кокиль, по выплавляемым моделям и в оболочковые формы - 5 групп). При этом число совпадающих признаков должно быть не мен пяти или четырех для шести или пяти групп сложности соответственно. При меньшем числе совпадающих признаков применяют способ группировки их путем последовательного отнесения начиная с более высоких групп сложности в сторону более низких и останавливаются на группе сложности, при которой достигается необходимое число условно совпадающих признаков. При равенстве числа признаков по двум группам сложно отливку относят к той группе, при определении которой использован признак «конфигурация поверхностей».

ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ

Располагая сведениями о свойствах материалов и их взаимодействий с газами и огнеупорными материалами, можно создавать научно обоснованную технологию плавки. Разработка технологии плавки для конкретной обстановки включает в себя выбор плавильного агрегата, вида энергии, выбор материала футеровки печи, определение необходимого состава атмосферы в печи при плавке. Создавая технологию, решают вопрос о способах предотвращения возможного загрязнения расплава и способах его рафинирования. Рассматривают также необходимость раскисления и модифицирования сплава.

Очень важным вопросом является правильный выбор шихтовых материалов, т. е. тех материалов, которые подлежат сплавлению. При создании технологии предусматривают также уменьшение расхода металлов, вспомогательных материалов, энергии, труда. Эти вопросы могут быть решены лишь в совершенно конкретной обстановке.

Следует иметь в виду, что приведенные выше сведения о свойствах металлов и протекающих процессах относились к условиям «чистого» эксперимента, когда влияние прочих процессов намеренно сводилось к минимуму. В реальной обстановке это влияние может существенно изменить отдельные свойства. Кроме того, в реальной обстановке расплав как система никогда не находится в равновесии с окружающей средой, он оказывается либо пересыщенным, либо недосыщенным. В связи с этим приобретает большое значение кинетическая сторона процесса. Количественная оценка кинетику весьма затруднительна ввиду неопределенности уравнений, описывающих во времени процессы газонасыщения, дегазации, взаимодействия с футеровкой и т. п. Поэтому в итоге оказывается, что для правильного суждения о протекающих при плавке явлениях важны не только количественные расчеты отдельных процессов, но и возможны более полный учет и оценка наибольшего числа этих процессов.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЛАВКИ

Отправными точками при создании технологии плавки металла или сплава являются его состав, который включает в себя основу, легирующие компоненты и примеси, и заданный уровень механических и других свойств сплава в отливке. Кроме того, учитывается количественная потребность в расплаве в единицу времени. Вид плавильной печи подбирают, исходя из температуры плавления основного компонента сплава и химической активности как его, так и всех легирующих компонентов и наиболее вредных примесей, 0дно-временно решается вопрос о материале футеровки печи.

В большинстве случаев плавку ведут на воздухе. Если взаимодействие с воздухом ограничивается образованием на поверхности нерастворимых в расплаве соединений и возникающая пленка этих соединений существенно замедляет дальнейшее взаимодействие, то обычно не принимают каких-либо мер для подавления такого взаимодействия. Плавку в этом случае ведут при прямом контакте расплава с атмосферой. Так поступают при приготовлении большинства алюминиевых, цинковых, оловянносвинцовых сплавов. Если же образующаяся пленка нерастворимых соединений непрочна и неспособна защитить расплав от дальнейшего взаимодействия (магний

и его сплавы), то принимают специальные меры, используя флюсы или защитную атмосферу.

Защита расплава от взаимодействия с газами совершенно необходима, если газ растворяется в жидком металле. Главным образом стремятся предотвратить взаимодействие расплава с кислородом. Это относится к плавке сплавов на основе никеля и медных сплавов, способных растворять кислород, где расплавы обязательно защищают от взаимодействия с.атмосферой печи. Защита расплава достигается прежде всего применением шлаков, флюсов и других защитных покровов. Если подобные меры оказываются недостаточными или невозможными, прибегают к плавке в атмосфере защитных или инертных газов. Наконец, используют плавку в вакууме, т. е. при пониженном до определенного уровня давлений газов. В некоторых случаях для уменьшения интенсивности взаимодействия расплава кислородом в него вводят добавки бериллия (сотые доли процента в аллюминиевомагниевые и магниевые сплавы), кремния и алюминия (десятые доли процента в латуни).

Несмотря на защиту, металлические расплавы все же загрязняются различными примесями выше допустимого предела. Нередко в шихтовых материалах имеется слишком много примесей. Поэтому часто при плавке проводят рафинирование расплавов - очистку от растворимых и нерастворимых примесей, а также раскисление - удаление растворенного кислорода. Многие сплавы находят применение, в модифицированною состоянии, когда они приобретают мелкокристаллическое строение и более высокие механические или технологические свойства. Операция модифицирования проводится как одна из последних ступеней процесса плавки непосредственно перед разливкой. При разработке технологии плавки учитывают, что масса полученного жидкого металла всегда будет несколько меньше массы металлической шихты из-за потерь металла в шлаке и потерь на угар. Эти потери составляют в сумме 2-5 %, при этом чем больше масса единичной плавки, тем меньше потери.

Шлак, всегда появляющийся на поверхности расплава, представляет собою сложную систему из сплавов-растворов и смесей оксидов основного компонента сплава, легирующих компонентов и примесей. Кроме того, в шлаке обязательно присутствуют оксиды футеровки плавильной печи. Такой естественно возникающий на расплаве первичный шлак может быть полностью жидким, частично жидким (творожистым) и твердым. Кроме оксидов, шлаки всегда содержат некоторое количество свободного металла. В жидких и творожистых шлаках свободный металл находится в виде отдельных капель - корольков. Если же оксиды, составляющие шлак, находятся ниже своей точки плавления, то они являются твердыми. При перемешивании расплава и попытках удаления с него шлака происходит замешивание этих оксидов, часто и имеющих вид плен, в расплав. Таким образом, несмотря на тугоплавкость оксидов, образующийся и удаляемый шлак имеет жидкую консистенцию, которая обусловлена большим количеством захваченного расплава. В таком шлаке количество свободного металла составляет около 50% от всей массы удаляемого шлака, тогда как в действительно жидких шлаках его содержание не превышает 10-30%.

Потери металлов при плавке на угар определяются их испарением и взаимодействием с футеровкой, выражающемся в ее металлизации.

Металл, находящийся в шлаке, может быть возвращен в производство. Наиболее просто это достигается по отношению к свободному металлу, не связанному в какие-либо соединения. Дробление и просев шлака позволяют возвратить 70-80 % свободного металла. Оставшийся шлак представляет собой доброкачественное металлургическое сырье, и его направляют на металлургические предприятия для выделения наиболее ценных компонентов.

При определении потерь металла при плавке на угар и со шлаком нельзя забывать о загрязненности шихтовых материалов инородными неметаллическими примесями и включениями в виде остатков масла, эмульсии, воды, шлака, формовочной и стержневой смесей. Масса этих примесей при невнимательной работе автоматически засчитывается как масса подвергаемого плавке металла, и в итоге получается необоснованно завышенная величина потерь при плавке.

Важной стороной технологии является температурный режим плавки, порядок загрузки шихтовых материалов и введения отдельных компонентов сплава, последовательность технологических операций металлургической обработки расплава. Плавку всегда проводят в предварительно разогретой печи, температура в которой должна быть на 100-200 °С выше температуры плавления основного компонента сплава. Желательно, чтобы все загружаемые в печь материалы были нагреты до 150-200°С с тем, чтобы в них не оставалась влага. Первым в плавильную печь загружают тот шихтовой материал, который составляет наибольшую долю в навеске. В случае приготовления сплава из чистых металлов первым всегда загружают основной компонент сплава. Если плавку ведут с применением шлаков и флюсов, то их обычно засыпают сверху загружаемой металлической шихты. Если условия производства позволяют, новую плавку начинают, оставляя в печи некоторое количество расплава от предыдущей плавки. Загрузка шихты в жидкую ванну существенно ускоряет процесс плавки и снижает потери металла. Сначала в жидкую ванну загружают более тугоплавкую шихту. Периодически добавляют свежий шлак или флюс и, если необходимо, удаляют старый. Если по технологии необходимо раскисление расплава (удаление растворенного кислорода), то его проводят таким образом, чтобы избежать образования в расплаве трудно удаляемых и вредных неметаллических включений и обеспечить надежное удаление продуктов раскисления (см. ниже). В последнюю очередь в расплав вводят летучие и химически активные компоненты сплава, чтобы уменьшить их потери. Затем проводят рафинирование расплава. Непосредственно перед разливкой расплав модифицируют.

Условия введения отдельных видов шихты или компонентов сплава в жидкую ванну целесообразно определять, сопоставляя температуру плавления загружаемого материала и его плотность с температурой плавления и плотностью сплава. Необходимо также знать хотя бы двойные диаграммы состояния основного компонента сплава с легирующими компонентами, примесями и модифицирурующими и добавками.

В подавляющем большинстве случаев все легирующие компоненты и примеси растворяются в жидкой основе сплава, так что расплав можно считать раствором. Однако получение и образование такого раствора осуществляют различными путями. Если очередная твердая добавка будет иметь температуру начала плавления более высокую, чем расплав, то возможно лишь обычное растворение твердого тела в жидком. Для этого необходимо активное принудительное перемешивание. Указанная тугоплавкая добавка может иметь плотность, меньшую плотности расплава, и в этом случае она будет плавать на поверхности, где возможно ее окисление, запутывание в шлак. Отсюда возникает опасность непопадания в заданный состав сплава. Если такая «легкая» добавка имеет меньшую температуру плавления, чем расплав, она переходит в жидкое состояние и поэтому ее даль-дальнейшее растворение в расплаве существенно облегчается. В некоторых случаях, чтобы избежать окисления и потерь, подобные добавки вводят в расплав с помощью так называемого колокольчика- дырчатого стакана, в который закладывают вводимую добавку, и затем погружают в расплав. Если добавка тяжелее расплава, она погружается на дно жидкой ванны, поэтому ее окисление маловероятно. Однако трудно проследить за растворением таких добавок, особенно если они более тугоплавки, чем расплав. Необходимо достаточно длительное и тщательное перемешивание всей массы расплава, чтобы обеспечить полное растворение.

Для приготовления сплавов нередко пользуются лигатурами. Так называют промежуточные сплавы, состоящие обычно из основного компонента рабочего сплава с одним или несколькими легирующими компонентами, но в значительно больших содержаниях, чем в рабочем сплаве. К использованию лигатур приходится прибегать в тех случаях, когда введение компонента-добавки в чистом виде затруднено по различным причинам. Такими причинами могут быть длительность процесса растворения, потери от окисления, испарения, шлакообразования.

Лигатуры используют также при введении химически активных добавок, которые на воздухе в свободном виде могут взаимодействовать с кислородом и азотом. Лигатуры широко используют и в тех случаях, когда чистый элемент-добавка слишком дорог или его вообще не получают, производство же сплавов-лигатур уже освоено, они доступны и достаточно дешевы.

Наконец, лигатуры целесообразно применять при необходимости введения в сплав очень малых добавок. Навеска чистой добавки может составлять всего несколько сот граммов на несколько сот килограммов расплава. Надежно ввести такое малое количество легирующего компонента практически невозможно из-за различного рода потерь и неравномерности распределения. Использование лигатуры, которую вводят в значительно большем количестве, устраняет эти трудности.

Следует отметить, что общим правилом технологии плавки сплавов является как можно меньшее время процесса. Это способствует уменьшению затрат энергии, потерь металла, загрязнения расплава газами и примесями. Вместе с тем необходимо иметь в виду, что для полного растворения всех компонентов и усреднения состава сплава обязательно следует «проварить» расплав - выдержать его при наибольшей допустимой температуре в течение 10-15 мин.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

В зависимости от масштабов производства, требований, предъявляемых к качеству выплавляемого металла и целого ряда других факторов, в цехах заготовительного и фасонного литья цветных металлов применяют различные типы плавильных печей.

По виду используемой для плавки сплавов энергии все плавильные печи делят на топливные и электрические. Топливные печи подразделяют на тигельные, отражательные и шахтно-ванные. Электрические печи классифицируют в зависимости от способа преобразования электрической энергии в тепловую. В литейных цехах применяют печи сопротивления, индукционные, электродуговые, электронно-лучевые и плазменные.

В электрических печах сопротивления нагрев и расплавление шихты осуществляются за счет тепловой энергии, поступающей от электронагревательных элементов, установленных в своде или в стенках плавильной печи. Эти печи применяют для плавки алюминиевых, магниевых, цинковых, оловянных и свинцовых сплавов.

Индукционные печи по принципу работы и конструкции подразделяют на тигельные и канальные. Тигельные печи в зависимости от частоты питающего тока классифицируют на печи повышенной [(0,15-10)- 10^6 пер/с] и промышленной частоты (50 пер/с).

Независимо от частоты питающего тока принцип работы всех индукционных тигельных печей основан на индуктировании электромагнитной энергии в нагреваемом металле (токи Фуко) и превращении ее в тепловую. При плавке в металлических или других тиглях, изготовленных из электропроводных материалов, тепловая энергия передается к нагреваемому металлу также стенками тигля. Индукционные тигельные печи применяют для плавки алюминиевых, магниевых, медных, никелевых сплавов, а также сталей и чугунов.

Индукционные канальные печи используют для плавки алюминиевых, медных, никелевых и цинковых сплавов. Помимо плавильных печей, применяют также индукционные канальные миксеры, служащие для рафинирования и поддержания температуры жидкого металла на заданном уровне. Плавильно-литейные комплексы, состоящие из плавильной печи - миксера - литейной машины, используют при литье слитков из алюминиевых, магниевых и медных сплавов непрерывным методом. Принцип тепловой работы канальных индукционных печей аналогичен принципу работы силового электрического трансформатора тока, состоящего, как известно, из первичной катушки, магнитопровода и вторичной катушки. Роль вторичной катушки в печи играет короткозамкнутый канал, заполненный жидким металлом. При пропускании тока через индуктор печи (первичная катушка) в заполненном жидким металлом канале индуцируется электрический ток большой величины, который разогревает находящийся в нем жидкий металл. Тепловая энергия, выделяемая в канале, нагревает и расплавляет металл, находящийся над каналом в ванне печи.

Электродуговые печи по принципу передачи тепла от электрической дуги к нагреваемому металлу подразделяются на печи прямого и косвенного нагрева.

В печах косвенного нагрева большая часть тепловой энергии от горячей дуги передается к нагреваемому металлу излучением, а в печах прямого действия - излучением и теплопроводностью. Печи косвенного действия применяют в настоящее время ограниченно. Печи прямого действия (электродуговые вакуумные с расходуемым электродом) используют для плавки тугоплавких, химически активных металлов и сплавов, а также легированных сталей, никелевых и других сплавов. По конструкции и принципу работы электродуговые печи прямого действия делятся на две группы: печи для плавки в гарнисажном тигле и печи для плавки в изложнице или кристаллизаторе.

Электронно-лучевые плавильные печи применяют для плавки тугоплавких и химически активных металлов и сплавов на основе ниобия, титана, циркония, молибдена, вольфрама, а также для ряда марок сталей и других сплавов. В основе принципа электронно-лучевого нагрева лежит преобразование кинетической энергии потока электронов в тепловую при их встрече с поверхностью нагреваемой шихты. Выделение тепловой энергии происходит в тонком поверхностном слое металла. Нагрев и плавление проводят в вакууме при остаточном давлении 1,3- 10^-3 Па. Электронно-лучевую плавку используют для получения слитков, и фасонных отливок. При электроннолучевой плавке можно значительно перегревать жидкий металл и длительное время выдерживать его в жидком состоянии. Это преимущество позволяет эффективно рафинировать расплав и очищать его от ряда примесей. С помощью электронно-лучевой

Плавки из металла могут быть удалены все примеси, давление пара которых существенно превышает давление пара основного металла. Высокая температура и глубокий вакуум способствуют также очистке металла от примесей за счет термической диссоциации оксидов нитридов и других соединений, находящихся в металле. Печь электрошлакового переплава ЭШП по принципу работы Представляет собой печь сопротивления косвенного нагрева, в которой источником тепла является ванна расплавленного шлака заданного химического состава. Переплавляемый металл в виде расходуемого электрода погружают в слой (ванну) жидкого электропроводного шлака. Через расходуемый электрод и шлак пропускают электрический ток. Шлак разогревается, торец расходуемого электрода оплавляется и капли жидкого металла, проходя через слой химически активного шлака, очищаются в результате контакта с ним и формируются в изложнице в виде слитка. Шлак защищает жидкий металл- от взаимодействия с атмосферой воздуха. Печи ЭШП в основном применяют для получения слитков из высококачественных сталей, жаропрочных, нержавеющих и других сплавов. Метод ЭШП используют также для производства крупных фасонных отливок: коленчатых валов, корпусов, арматуры и других изделий.

В плазменных плавильных печах источником тепловой энергии является поток нагретого до высокой температуры ионизированного газа (плазменная дуга), который при соприкосновении с металлом нагревает и расплавляет его. Для получения потока плазмы плавильные печи оборудуют специальными устройствами - плазмотронами. Плазменный способ нагрева и плавления сплавов применяют в печах ванного типа, в плавильных установках для получения слитков в кристаллизаторе и для плавки металлов в гарнисажном тигле.

Плазменные печи ванного типа в основном применяют для плавки сталей, а также сплавов на основе никеля. Плазменные печи для плавки в кристаллизаторе могут использоваться для получения слитков из сталей, бериллия, молибдена, ниобия, титана и других металлов. Плазменные печи для плавки в гарнисажном тигле предназначены для фасонного литья сталей, тугоплавких и химически активных металлов.

ПРОИЗВОДСТВО ОТЛИВОК ИЗ АЛЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Литье в песчаные формы

Из перечисленных выше способов литья в разовые формы наиболее широкое применение при изготовлении отливок из алюминиевых сплавов получило литье в сырые песчаные формы. Это обусловлено невысокой плотностью сплавов, небольшим силовым воздействием металла на форму и низкими температурами литья (680-800С).

Для изготовления песчаных форм используют формовочные и стержневые смеси, приготовленные из кварцевых и глинистых песков (ГОСТ 2138-74), формовочных глин (ГОСТ 3226-76), связующих и вспомогательных материалов. Выполнение полостей в отливках осуществляют с помощью стержней, изготавливаемых в основном по горячим (220-300 °С) стержневым ящикам. Для этой цели используют плакированный кварцевый песок или смесь песка с термореактивной смолой и катализатором. Для изготовления стержней широко используют однопозиционные пескострельные автоматы и установки, а также карусельные многопозиционные установки. Стержни, подвергающиеся сушке, изготавливают на встряхивающих, пескодувных и пескострельных машинах или вручную из смесей масляными (4ГУ, С) или водорастворимыми связующими. Продолжительность сушки (от 3 до 12 ч) зависит от массы и размеров стержня и определяется обычно опытным путем. Температуру сушки назначают в зависимости от природы связующего: для масляных связующих 250-280 °С, а для водорастворимых 160-200 °С. Для изготовления крупных массивных стержней все большее применение получают смеси холодного твердения (ХТС) или жидкодвижные самотвердеющие смеси (ЖСС). Смеси холодного твердения в качестве связующего содержат синтетические смолы, а катализатором холодного твердения обычно служит ортофосфорная кислота. Смеси ЖСС содержат поверхностно-активное вещество, способствующее образованию пены.

Соединение стержней в узлы производят склейкой или путем заливки алюминиевых расплавов в специальные отверстия в знаковых частях. Усадка сплава при охлаждении обеспечивает необходимую прочность соединения.

Плавное без ударов и завихрений заполнение литейных форм обеспечивается применением расширяющихся литниковых систем с соотношением площадей сечений основных элементов Fст: Fшп: Fпит 1:2:3; 1:2:4; 1:3:6 соответственно для нижнего, щелевого или многоярусного подвода металла к полости литейной формы. Скорость подъема металла в полости литейной формы не должна превышать 4,5/6, где 6 - преобладающая толщина стенок отливки, см. Минимальную скорость подъема металла в форме (см/с) определяют по формуле А. А. Лебедева Vmin = 3/§.

Тип литниковой системы выбирают с учетом габаритов отливки, сложности ее конфигурации и расположения в форме. Заливку форм для отливок сложной конфигурации небольшой высоты осуществляют, как правило, с помощью нижних литниковых систем. При большой высоте отливок и тонких стенках предпочтительно применение вертикально-щелевых или комбинированных литниковых систем. Формы для отливок малых размеров допустимо заливать через верхние литниковые системы. При этом высота падения струп металла в полость формы не должна превышать 80 мм.

Для уменьшения скорости движения расплава при входе в полость литейной формы и лучшего отделения взвешенных в нем оксидных плен и шлаковых включений в литниковые системы вводят дополнительные гидравлические сопротивления - устанавливают сетки (металлические или из стеклоткани) или ведут заливку через зернистые фильтры.

Литники (питатели), как правило, подводят к тонким сечениям (стенкам) отливок рассредоточенно по периметру с учетом удобств:» их последующего отделения при обработке. Подвод металла в массивные узлы недопустим, так как вызывает образование в них усадочных раковин, макрорыхлот и усадочных «провалов» на поверхности отливок. В сечении литниковые каналы чаще всего имеют прямоугольную форму с размером широкой стороны 15-20 мм, а узкой 5-7 мм.

Сплавы с узким интервалом кристаллизации (АЛ2, АЛ4, АЛ), АЛ34, АК9, АЛ25, АЛЗО) предрасположены к образованию концентрированных усадочных раковин в тепловых узлах отливок. Для выведения этих раковин за пределы отливок широко используют установку массивных прибылей. Для тонкостенных (4-5 мм) и мелких отливок масса прибыли в 2-3 раза превышает массу отливок, для толстостенных-до 1,5 раз. Высоту прибыли выбирают в зависимости от высоты отливки. При высоте менее 150 мм высоту прибыли Нприб принимают равной высоте отливки Нотл. Для более высоких отливок отношение Нприб/Нотл принимают равным 0,3 0,5. Соотношение между высотой прибыли и ее толщиной составляет в среднем 2-3. Наибольшее применение при литье алюминиевых сплавов находят верхние открытые прибыли круглого или овального сечения; боковые прибыли в большинстве случаев делают закрытыми. Для повышения эффективности работы прибылей их утепляют, заполняют горячим металлом, доливают. Утепление обычно осуществляют наклейкой на поверхность формы листового асбеста с последующей подсушкой газовым пламенем. Сплавы с широким интервалом кристаллизации (АЛ1, АЛ7, АЛ8, АЛ19, АЛЗЗ) склонны к образованию рассеянной усадочной пористости. Пропитка усадочных пор при помощи прибылей малоэффективна. Поэтому при изготовлении отливок из перечисленных сплавов не рекомендуется применять установку массивных прибылей. Для получения высококачественных отливок осуществляют направленную кристаллизацию, широко используя для этой цели установку холодильников из чугуна и алюминиевых сплавов. Оптимальные условия для направленной кристаллизации создает вертикально-щелевая литниковая система. Для предотвращения газовыделения при кристаллизации и предупреждения образования газо-усадочной пористости в толстостенных отливках широко используют кристаллизацию под давлением 0,4-0,5 МПа. Для этого литейные формы перед заливкой помещают в автоклавы, заливают их металлом и кристаллизуют отливки под давлением воздуха. Для изготовления крупногабаритных (высотой до 2-3 м) тонкостенных отливок используют метод литья с последовательно направленным затвердеванием. Сущность метода состоит в последовательной кристаллизации отливки снизу вверх. Для этого литейную форму устанавливают на стол гидравлического подъемника и внутрь ее опускают нагретые до 500-700 °С металлические трубки диаметром 12-20 мм, выполняющие функцию стояков. Трубки неподвижно закрепляют в литниковой чаше и закрывают отверстия в них стопорами. После заполнения литниковой чаши расплавом стопоры поднимают и сплав по трубкам поступает в литниковые колодцы, соединенные с полостью литейной формы щелевыми литниками (питателями). После того как уровень расплава в колодцах поднимается на 20-30 мм выше нижнего конца трубок, включают механизм опускания гидравлического стола. Скорость опускания принимают такой, чтобы заполнение формы осуществлялось под затопленный уровень и горячий металл непрерывно поступал в верхние части формы. Это обеспечивает направленное затвердевание и позволяет получать сложные отливки без усадочных дефектов.

Заливку песчаных форм металлом ведут из ковшей, футерованных огнеупорным материалом. Перед заполнением металлом ковши со свежей футеровкой сушат и прокаливают при 780-800 °С для удаления влаги. Температуру расплава перед заливкой поддерживаю на уровне 720-780 °С. Формы для тонкостенных отливок заполняют расплавами, нагретыми до 730-750 °С, а для толстостенных до 700-720 °С.

Литье в гипсовые формы

Литье в гипсовые формы применяют в тех случаях, когда к отливкам предъявляются повышенные требования по точности, чистоте поверхности и воспроизведению мельчайших деталей рельефа. сравнению с песчаными гипсовые формы обладают более высокой прочностью, точностью размеров, лучше противостоят воздействию высоких температур, позволяют получать отливки сложной конфигурации с толщиной стенок 1,5 мм по 5-6-му классу точности. Формы изготавливают по восковым или металлическим (латунь, сталь) хромированным моделям с конусностью по наружным размерам не более 30" и по внутренним размерам от 30" до 3°. Модельные плиты выполняют из алюминиевых сплавов. Для облегчения удаления моделей из форм поверхность их покрывают тонким слоем керосиново-стеариновой смазки.

Мелкие и средние формы для сложных тонкостенных отливок изготавливают из смеси, состоящей из 80" % гипса, 20 % кварцевого песка или асбеста и 60-70 % воды (от массы сухой смеси). Состав смеси для средних и крупных форм: 30 % гипса, 60 % песка, 10% асбеста, 40-50 % воды. Смесь для изготовления стержней содержит 50 % гипса, 40 % песка, 10 % асбеста, 40-50 % воды. замедления схватывания в смесь вводят 1-2 % гашеной извести. Необходимая прочность форм достигается за счет гидратации безводного или полуводного гипса. Для снижения прочности и увеличения газопроницаемости сырые гипсовые формы подвергают гидротермической обработке - выдерживают в автоклаве в течение 6-10 ч под давлением водяного пара 0,13-0,14 МПа, а затем в течение суток на воздухе. После этого формы подвергают ступенчатой сушке при 350-500 °С.

Особенностью гипсовых форм является их низкая теплопроводность. Это обстоятельство затрудняет получение плотных отливок из алюминиевых сплавов с широким интервалом кристаллизации. Поэтому основной задачей при разработке литниково-прибыльной системы для гипсовых форм является предотвращение образования усадочных раковин, рыхлот, оксидных плен, горячих трещин и недоливов тонких стенок. Это достигается применением расширяющихся литниковых систем (Fст: Fшл: EFпит == 1: 2: 4), обеспечивающих низкую скорость движения расплавов в полости формы, направленным затвердеванием тепловых узлов в сторону прибылей с помощью холодильников, увеличением податливости форм за счет повышения содержания кварцевого песка в смеси. Заливку тонкостенных отливок ведут в нагретые до 100--200 °С формы методом вакуумного всасывания, что позволяет заполнять полости толщиной до 0,2 мм. Толстостенные (более 10 мм) отливки получают заливкой форм в автоклавах. Кристаллизация металла в этом случае ведется под давлением 0,4-0,5 МПа.

Литье в оболочковые формы

Литье в оболочковые формы целесообразно применять при серийном и крупносерийном производстве отливок ограниченных размеров с повышенной чистотой поверхности, большей размерной точностью и меньшим объемом механической обработки, чем при литье в песчаные формы.

Оболочковые формы изготавливают по горячей (250-300 °С) металлической (сталь, чугун) оснастке бункерным способом. Модельную оснастку выполняют по 4-5-му классам точности с формовочными уклонами от 0,5 до 1,5 %. Оболочки делают двухслойными: первый слой из смеси с 6-10 % термореактивной смолы, второй из смеси с 2 % смолы. Для лучшего съема оболочки модельную плиту перед засыпкой формовочной смеси покрывают тонким слоем разделительной эмульсии (5 % силиконовой жидкости № 5; 3 % хозяйственного мыла; 92 % воды).

Для изготовления оболочковых форм применяют мелкозернистые кварцевые пески, содержащие не менее 96 % кремнезема. Соединение полуформ осуществляют склеиванием на специальных штыревых прессах. Состав клея: 40 % смолы МФ17; 60 % маршалита и 1,5 % хлористого алюминия (катализатор твердения). Заливку со бранных форм производят в контейнерах. При литье в оболочковые формы применяют такие же литниковые системы и температурные режимы, как и при литье в песчаные формы.

Малая скорость кристаллизации металла в оболочковых формах и меньшие возможности для создания направленной кристаллизации обусловливают получение отливок с более низкими свойствами, чем при литье в сырые песчаные формы.

Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям применяют для изготовления отливок повышенных/точности (3-5-ый класс) и чистоты поверхности (4-6-й класс шероховатости), для которых этот способ является единственно возможным или оптимальным.

Модели в большинстве случаев изготавливают из пастообразных парафино-стеариновых (1: 1) составов запрессовкой в металлические пресс-формы (литые и сборные) на стационарных или карусельных установках. При изготовлении сложных отливок размерами более 200 мм во избежание деформации моделей в состав модельной массы вводят вещества, повышающие температуру их размягчения (оплавления).

В качестве огнеупорного покрытия при изготовлении керамических форм используют суспензию из гидролизованного этилсиликата (30--40 %) и пылевидного кварца (70-60 %). Обсыпку модельных блоков ведут прокаленным песком 1КО16А или 1К025А. Каждый слой покрытия сушат на воздухе в течение 10-12 ч или в атмосфере, содержащей пары аммиака, 0,5 1 ч. Необходимая прочность керамической формы достигается при толщине оболочки 4-6 мм (4-6 слоев огнеупорного покрытия). Для обеспечения спокойного заполнения формы применяют расширяющиеся литниковые системы с подводом металла к толстым сечениям и массивным узлам. Питание отливок осуществляют обычно от массивного стояка через утолщенные литники (питатели). Для сложных отливок допускается применение массивных прибылей для питания верхних массивных узлов с обязательным заполнением их из стояка.

Выплавление моделей из форм Осуществляют в горячей (85-90 С) воде, подкисленной соляной кислотой (0,5-1 см3 на литр воды) для предотвращения омыления стеарина. После выплавления моделей керамические формы просушивают при 150-170 °С в течение 1-2 ч, устанавливают в контейнеры, засыпают сухим наполнителем и прокаливают при 600-700 °С в течение 5-8 ч. Заливку ведут в холодные и нагретые формы. Температура нагрева (50-300 °С) форм определяется толщиной стенок отливки. Заполнение форм металлом осуществляют обычным способом, а также с использованием вакуума или центробежной силы. Большинство алюминиевых сплавов перед заливкой нагревают до 720-750 °С.

Литье в кокиль

Литье в кокиль - основной способ серийного и массового производства отливок из алюминиевых сплавов, позволяющий получать отливки 4-6-го классов точности с шероховатостью поверхности Rz = 50-20 и минимальной толщиной стенок 3-4 мм. При литье в кокиль наряду с дефектами, обусловленными высокими скоростями движения расплава в полости литейной формы и несоблюдением требований направленного затвердевания (газовая пористость, оксидные плены, усадочная рыхлота), основными видами брака отливок являются недоливы и трещины. Появление трещин вызывается затрудненной усадкой. Особенно часто трещины возникают в отливках из сплавов с широким интервалом кристаллизации, имеющих большую линейную усадку (1,25-1,35 %). Предотвращение образования указанных дефектов достигается различными технологическими приемами.

Для того чтобы обеспечить плавное, спокойное поступление металла в полость литейной формы, надежное отделение шлака и оксидных плен, образовавшихся в металле в процессе плавки и движения по литниковым каналам, и предотвращение их образования в литей-ной форме, при литье в кокиль применяют расширяющиеся литниковые системы с нижним, щелевым и многоярусным подводом металла к тонким сечениям отливок. В случае подвода ме-талла к толстым сечениям должна быть предусмотрена подпитка места подвода установкой питающей бобышки (прибыли). Все элементы литниковых систем располагают по разъему кокиля. Рекомендуются следующие соотношения площадей сечения литниковых каналов: для мелких отливок EFст: EFшл: EFпит = 1: 2: 3; для крупных отливок EFст: EFшл: EFпит = 1: 3: 6.

Для снижения скорости поступления расплава в полость формы применяют изогнутые стояки, сетки из стеклоткани или металла, зернистые фильтры. Качество отливок из алюминиевых сплавов зависит от скорости подъема расплава в полости литейной формы. Эта скорость должна быть, достаточной для гарантированного заполнения тонких сечений отливок в условиях повышенного теплоотвода и в то же время не вызвать недоливов, обусловленных неполным выходом воздуха и газов через вентиляционные каналы и прибыли, завихрений и фонтанирования расплава при переходе из узких сечений в широкие. Скорость подъема металла в полости формы при литье в кокиль принимают несколько большей, чем при литье в песчаные формы. Минимально допустимую скорость подъема рассчитывают по формулам А. А. Лебедева и Н. М. Галдина (см. раздел «Литье в песчаные формы»).

Для получения плотных отливок создают, так же как и при литье в песчаные формы, направленное затвердевание путем надлежащего расположения отливки в форме и регулирования теплоотвода. Как правило, массивные (толстые) узлы отливок располагают в верхней части кокиля. Это дает возможность компенсировать сокращение их объема при затвердевании непосредственно из прибылей, установленных над ними. Регулирование интенсивности теплоотвода с целью создания направленного затвердевания осуществляют охлаждением или утеплением различных участков литейной формы. Для местного увеличения теплоотвода широко используют вставки из теплопроводной меди, предусматривают увеличение поверхности охлаждения кокиля за, счет оребрения, осуществляют локальное охлаждение кокилей сжатым воздухом или водой. Для снижения интенсивности теплоотвода на рабочую поверхность кокиля наносят слой краски толщиной 0,1-0,5 мм. На поверхность литниковых каналов и прибылей для этой цели наносят слой краски толщиной 1-1,5 мм. Замедление охлаждения металла в прибылях может быть достигнуто также за счет местного утолщения стенок кокиля, применения различных малотеплопроводных обмазок и утепления прибылей наклейкой асбеста. Окраска рабочей поверхности кокиля улучшает внешний вид отливок, способствует устранению газовых раковин и неслитин на их поверхности и повышает стойкость кокилей. Перед окраской кокили подогревают до 100-120 °С. Излишне высокая температура нагрева нежелательна, так как при этом снижаются скорость затвердевания отливок и длительность срока службы кокиля. Нагрев уменьшает перепад температур между отливкой и формой и расширение формы за счет прогрева ее металлом отливки. В результате этого в отливке уменьшаются растягивающие напряжения, вызывающие появление трещин. Однако одного только подогрева формы недостаточно, чтобы устранить возможность возникновения трещин. Необходимо своевременное извлечение отливки из формы. Удалять отливку из кокиля следует раньше того момента, когда температура ее сравняется с температурой кокиля, а усадочные напряжения достигнут наибольшей величины. Обычно отливку извлекают в тот момент, когда она окрепнет настолько, что ее можно перемещать без разрушения (450-500 °С). К этому моменту литниковая система еще не приобретает достаточной прочности и разрушается при легких ударах. Длительность выдержки отливки в форме определяется скоростью затвердевания и зависит от температуры ме-талла, температуры формы и скорости заливки. Алюминиевые сплавы в зависимости от состава и сложности конфигурации отливок заливают в кокили при 680-750 °С. Весовая скорость заливки составляет 0,15-3 кг/с. Отливки с, тонкими стенками заливают с большими скоростями, чем с толстыми.

Для устранения прилипания металла, повышения срока службы и облегчения извлечения металлические стержни в процессе работы смазывают. Наиболее распространенной смазкой является водно-графитовая суспензия (3-5 % графита).

Части кокилей, выполняющих наружные очертания отливок, изготавливают из серого чугуна. Толщину стенок кокилей назначают в зависимости от толщины стенок отливок в соответствии с рекомендациями ГОСТ 16237-70. Внутренние полости в отливках выполняют с помощью металлических (стальных) и песчаных стержней. Песчаные стержни используют для оформления сложных полостей, которые невозможно выполнить металлическими стержнями. Для облегчения извлечения отливок из кокилей наружные поверхности отливок должны иметь литейный уклон от 30" до 3° в сторону разъема. Внутренние поверхности отливок, выполняемых металлическими стержнями, должны иметь уклон не менее 6°. В отливках не допускаются резкие переходы от толстых сечений к тонким. Радиусы закруглений должны быть не менее 3 мм. Отверстия диаметром более 8 мм для мелких отливок, 10 мм для средних и 12 мм для крупных выполняют стержнями. Оптимальное отношение глубины отверстия к его диаметру равно 0,7-1. Величина припуска на обработку при литье в кокиль назначается в два раза меньшей, чем при литье в песчаные формы.

Воздух и газы выводятся из полости кокиля с помощью вентиляционных каналов, размещаемых в плоскости разъема, и пробок, размещаемых в стенках вблизи глубоких полостей.

В современных литейных цехах кокили устанавливают на однопозиционные или многопозиционные полуавтоматические литейные машины, в которых автоматизированы закрытие и раскрытие кокиля, установка и извлечение стержней, выталкивание и удаление отливки из формы. Предусмотрено также автоматическое регулирование температуры нагрева кокиля. Заливку кокилей на машинах осуществляют с помощью дозаторов.

Для улучшения заполнения тонких полостей кокилей и удаления воздуха и газов, выделяющихся при деструкции связующих, осуществляют вакуумирование форм, заливку их под низким давлением или с использованием центробежной силы.

Литье выжиманием

Литье выжиманием является разновидностью литья в кокиль, Оно предназначено для изготовления крупногабаритных отливок (2500х1400 мм) панельного типа с толщиной стенок 2-3 мм (рис. 63). Для этой цели используют металлические полуформы, которые крепят на специализированных литейно-выжимных машинах с односторонним или двухсторонним сближением полуформ. Отличительной особенностью этого способа литья является принудительное заполнение полости формы широким потоком расплава при сближении полуформ. В литейной форме отсутствуют элементы обычной литниковой системы. Данным способом изготавливают отливки из сплавов АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34, имеющих узкий интервал кристаллизации.

^Допустимая скорость подъема расплава на рабочем участке полости формы при литье панелей из алюминиевых сплавов должна быть в пределах 0,5-0,7 м/с. Меньшая скорость может привести к незаполнению тонких сечений отливок, излишне высокая - к дефектам гидродинамического характера: волнистости, неровностям поверхности отливок, захвату воздушных пузырьков, размыву песчаных стержней и образованию трещин из-за разрыва потока. Заливку металла производят в подогретые до 250--350 °С металлоприемники. Регулирование скорости охлаждения расплава осуществляют нанесением на рабочую поверхность полости форм

теплоизоляционного покрытия различной толщины (0,05-1 мм). Перегрев сплавов перед заливкой не должен превышать 15-20° над температурой ликвидуса. Длительность сближения полуформ 5-3 с.

Литье под низким давлением

Литье под низким давлением является другой разновидностью литья в кокиль. Оно получило применение при изготовлении крупногабаритных тонкостенных отливок из алюминиевых сплавов с узким интервалом кристаллизации (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ34). Так же как и при литье в кокиль, наружные поверхности отливок выполняются металлической формой, а внутренние полости - металлическими или песчаными стержнями.

Для изготовления стержней используют смесь, состоящую из 55% кварцевого песка 1К016А; 13,5 % полужирного песка П01; 27% пылевидного кварца; 0,8 % пектинового клея; 3,2 % смолы М и 0,5 % керосина. Такая смесь не образует механического пригара. Заполнение форм металлом осуществляют давлением сжатого осушенного воздуха (18-80 кПа), подаваемого на поверхность расплава в тигле, нагретого до 720-750 °С. Под действием этого давления расплав вытесняется из тигля в металлопровод, а из него в коллектор литниковой системы и далее - в полость литейной формы. Преимуществом литья под низким давлением является возможность автоматического регулирования скорости подъема металла в полости формы, что позволяет получать тонкостенные отливки более качественными, чем при литье под действием силы тяжести.

Кристаллизацию сплавов в форме проводят под давлением 10- 30 кПа до образования твердой корки металла и 50-80 кПа после образования корки.

Более плотные отливки из алюминиевых сплавов получают литьем под низким давлением с противодавлением. Заполнение полости формы при литье с противодавлением осуществляют за счет разницы давлений в тигле и в форме (10-60 кПа). Кристаллизация металла в форме ведется под давлением 0,4-0,5 МПа. При этом предотвращается выделение растворенного в металле водорода и образование газовых пор. Повышенное давление способствует лучшему питанию массивных узлов отливок. В остальном технология литья с противодавлением не отличается от технологии литья под низким давлением.

При литье с противодавлением успешно совмещены достоинства литья под низким давлением и кристаллизации под давлением.

Литье под давлением

Литьем под давлением из алюминиевых сплавов АЛ2, АЛЗ, АЛ1, АЛО, АЛ11, АЛ13, АЛ22, АЛ28, АЛ32, АЛ34 изготавливают сложные по конфигурации отливки 1-3-го классов точности с толщиной стенок от 1 мм и выше, литыми отверстиями диаметром до 1,2 мм,

литой наружной и внутренней резьбой с минимальным шагом 1 мм и диаметром 6 мм. Чистота поверхности таких отливок соответствует 5- 8-му классам шероховатости. Изготовление таких отливок осуществляют на машинах с холодной горизонтальной или вертикальной камерами прессования, с удельным давлением прессования 30- 70 МПа. Предпочтение отдается машинам с горизонтальной камерой прессования.

Размеры и масса отливок ограничиваются возможностями Машин литья под давлением: объемом камеры прессования, удельным давлением прессования (р) и усилием запирания (0). Площадь проекции (F) отливки, литниковых каналов и камеры прессования на подвижную плиту пресс-формы не должна превышать значений, определяемых по формуле F = 0,85 0/р.

Во избежание незаполнения форм и неслитин толщину стенок оливок из алюминиевых сплавов назначают с учетом площади их поверхности:

Площадь поверхности

отливки, см2 До 25 25-150 150-250 250-500 Св. 500

Толщина стенки, мм. 1-2 1,5-3 2-4 2,5-6 3-8

Оптимальные значения уклонов для наружных поверхностей составляют 45"; для внутренних 1°. Минимальный радиус закруглений 0,5-1" мм. Отверстия более 2,5 мм в диаметре выполняются литьем. Отливки из алюминиевых сплавов, как правило, подвергают механической обработке только по посадочным поверхностям. Припуск на обработку назначается с учетом габаритов отливки и составляет от 0,3 до 1 мм.

Для изготовления пресс-форм применяют различные материалы. Части пресс-форм, соприкасающиеся с жидким металлом, изготавливают из сталей ЗХ2В8, 4Х8В2, 4ХВ2С, плиты крепления и обоймы матриц - из сталей 35, 45, 50, штыри, втулки и направляющие колонки - из стали У8А.

Подвод металла к полости пресс-форм осуществляют с помощью внешних и внутренних литниковых систем. Питатели подводят к участка отливки, подвергающимся механической обработке. Толщину их назначают в зависимости от толщины стенки отливки в месте подвода и заданного характера заполнения пресс-формы. Эта зависимость определяется отношением толщины Питателя к толщине стенки отливки. Плавное, без завихрений и захвата воздуха, заполнение пресс-форм имеет место, если отношение близко к единице. Для отливок с толщиной стенок до 2 мм питатели имеют толщину 0,8 мм; при толщине стенок 3 мм толщина питателей равна 1,2мм; при толщине стенок 4-6 мм-2 мм.

Для приема первой порции расплава, обогащенного воздушными включениями, вблизи полости пресс-формы располагают специальные резервуары-промывники, объем которых может достигать 20 -40 % от объема отливки. Промывники соединяют с полостью литейной формы каналами, толщина которых равна толщине питателей. Удаление воздуха и газа из полости пресс-форм осуществляют через специальные вентиляционные каналы и зазоры между стержнями (выталкивателями) и матрицей пресс-формы. Вентиляционные каналы выполняют в плоскости разъема на неподвижной части пресс-формы, а также вдоль подвижных стержней и выталкивателей. Глубина вентиляционных каналов при литье "алюминиевых сплавов принимается равной 0,05-0,15 мм, а ширина 10-З0 мм в целях улучшения вентиляции пресс-форм полости промывников тонкими каналами (0,2-0,5 мм) соединяют с атмосферой.

Основными дефектами отливок, полученных литьем под давлением, являются воздушная (газовая) подкорковая пористость, обусловленная захватом воздуха при больших скоростях впуска металла в полость формы, и усадочная пористость (или раковины) в тепловых узлах. На образование этих дефектов большое влияние оказывают параметры технологии литья-скорость прессования, давление прессования, тепловой режим пресс-формы.

Скорость прессования определяет режим заполнения пресс-формы. Чем выше скорость прессования, тем с большей скоростью перемещается расплав по литниковым каналам, тем больше скорость впуска расплава в полость пресс-формы. Высокие скорости прессования способствуют лучшему заполнению тонких и удлиненных полостей. Вместе с тем они являются причиной захвата металлом воздуха и образования подкорковой пористости. При литье алюминиевых сплавов высокие скорости прессования применяют лишь при изготовлении сложных тонкостенных отливок. Большое влияние на качество отливок оказывает давление прессования. По мере повышения его увеличивается плотность отливок.

Величина давления прессования ограничивается обычно величиной усилия запирания машины, которое должно превышать давление, оказываемое металлом на подвижную матрицу (рF). Поэтому большой интерес приобретает локальная подпрессовка толстостенных отливок, известная под названием «Асигай-процесс». Малая скорость впуска металла в полость пресс-форм через питатели большого сечения и эффективная подпрессовка кристаллизующегося расплава с помощью двойного плунжера позволяют получать плотные отливки.

На качество отливок существенною влияние оказывают также температуры сплава и формы. При изготовлении толстостенных отливок несложной конфигурации заливку расплава ведут при температуре на 20-30 °С ниже температуры ликвидуса. Тонкостенные отливки требуют применения расплава, перегретого выше температуры ликвидуса на 10-15 °С. Для снижения величины усадочных напряжений и предотвращения образования трещин в отливках пресс-формы перед заливкой нагревают. Рекомендуются следующие температуры нагрева:

Толщина стенки отливки, мм 1- 2 2-3 3-5 5-8

Температура нагрева

пресс-форм, °С 250-280 200-250 160-200 120-160

Стабильность теплового режима обеспечивают подогревом (электрическим) или охлаждением (водяным) пресс-форм.

Для предохранения рабочей поверхности пресс-форм от налипания и эрозионного воздействия расплава, уменьшения трения при извлечении стержней и облегчения извлечения отливок пресс-формы подвергают смазке. Для этой цели используют жирные (масло с графитом или алюминиевой пудрой) или водные (растворы солей, водные препараты на основе коллоидального графита) смазки.

Существенно повышается плотность отливок из алюминиевых сплавов при литье с вакуумированием пресс-форм. Для этого пресс формы помещают в герметичный кожух, в котором создают необходимое разрежение. Хорошие результаты могут быть получены при использовании «кислородного процесса». Для этого воздух в полости пресс-формы заменяют кислородом. При больших скоростях впуска металла в полость формы, вызывающих захват расплавом кислорода, подкорковая пористость в отливках не образуется, так как весь захваченный кислород расходуется на образование мелкодисперсных оксидов алюминия, не влияющих заметно на механические свойства отливок. Такие отливки можно подвергать термической обработке.

Контроль качества отливок и исправление их дефектов

В зависимости от требований технических условий отливки из алюминиевых сплавов могут подвергаться различным видам контроля: рентгеновскому, гаммадефектоскопии или ультразвуковому для обнаружения внутренних дефектов; разметке для определения размерных отклонений; люминесцентному для обнаружения поверхностных трещин; гидро- или пневмоконтролю для оценки герметичности. Периодичность перечисленных видов контроля оговаривается техническими условиями или определяется отделом главного металлурга завода. Выявленные дефекты, если это допускается техническими условиями, устраняют заваркой или пропиткой. Аргонно-дуговую сварку используют для заварки недоливов, раковин, рыхлости трещин. Перед заваркой дефектное место разделывают таким образом, чтобы стенки углублений имели наклон 30- 42. Отливки подвергают местному или общему нагреву до 300- 350С. Местный нагрев ведут ацетиленокислородным пламенем, общий нагрев - в камерных печах. Заварку ведут теми же сплавами, из которых изготовлены отливки, с помощью неплавящегося вольфрамового электрода диаметром 2-6 мм при расходе аргона 5- 12 л/мин.-Сила сварочного тока составляет обычно 25-40 А на 1 мм диаметра электрода.

Пористость в отливках устраняют пропиткой бакелитовым лаком, асфальтовым лаком, олифой или жидким стеклом. Пропитку ведут специальных котлах под давлением 490-590 кПа с предварительной выдержкой отливок в разреженной атмосфере (1,3- 6,5 кПа). Температуру пропитывающей жидкости поддерживают на уровне 100°С. После пропитки отливки подвергают сушке при 65-200°С, в процессе которой происходит твердение пропитывающей жидкости, и повторному контролю.

Список литературы

1. Литейные сплавы и технологии их плавки в машиностроении. М.: Машиностроение. 1984.
2. Теория литейных процессов. Л.: Машиностроение. 1976.
3. Отливки из алюминиевых сплавов. М.: Машиностроение. 1970.
4. Производство отливок из сплавов цветных металлов. М.: Металлургия. 1986.
5. Производство литых алюминиевых деталей. М.: Металлургия. 1979.
6. Алюминиевые сплавы. Справочник. М.: Металлургия. 1983.

 

Возможно, будет полезно почитать:

• Обучение основам бюджетного управления ;
• Придумай шуточное название к иллюстрации ;
• X5 Retail Group купит супермаркеты «О'кей Что случилось в окее ;
• Пять способов убедить суд принять ее в качестве доказательства ;
• Принципы, функции и методы деятельности социального работника в пенитенциарных учреждениях ;
• Внешнеторговая бартерная сделка ;
• Когда прекращается трудовой договор ;
• Оптимизация логистических процессов на предприятии ОАО 'БНС Груп' ;