4.2. Специальные методы литья

Вопросы, изучаемые в этой теме: специальные методы литья: в разовые формы, в многократные формы; особенности и области применения каждого способа литья; технологичность конструкций литых деталей; выбор рационального способа изготовления отливок.

К специальным методам относятся: литье в оболочковые формы; литье по выплав­ляемым, газифицируемым, выжигаемым моделям; в кокиль, центробежным способом; машинное литье под давлением и другие методы.

Способ литья в оболочковые формы из песчано-смоляных и термореактивных смесей основан на получении полуформ и стрежней в виде тонкостенных оболочек. После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается. Способы изготовления оболочковых форм и стержней мно­гообразны. Один из них – свободная засыпка смеси на поверхность мо­дели или в полость стержневого ящика. Для изготовления оболочковых форм в производстве используют различные типы машин, основное назначение которых формирование и съем оболочек. Процесс легко поддается механизации и автоматизации. Наиболее рационально применение литья в оболочковые формы при массовом и крупносерийном производствах.

Литьем по выплавляемым моделям изготавливают отливки в массовом производстве, когда необходимо получить сложные заготовки или готовые детали с большим числом мелких отверстий, пазов, каналов или детали из труднодеформируемых сплавов с высокой температурой плавления. Сущность состоит в получении точных неразъемных разовых моделей из различных материалов (легкоплавких для получения выплавляемых моделей, например, парафин, стеарин, буроугольный воск), сборке их в блоки, покрытии модельных блоков огнеупорной оболочкой, удалении моделей, прокаливании оболочковых форм, заливке в полученную неразъемную керамическую оболочку жидкого металла. Экономичность достигается правильно выбранной номенклатурой выплавляемых деталей, у которых шероховатость поверхности и точность размеров могут быть обеспечены в литом состоянии и требуется механическая обработка только отдельных поверхностей.

Изготовление отливок в многократных формах. В большинстве случаев многократные формы изготовляют из металла. Это кокили, пресс-формы для литья под давлением, кристаллизаторы для непрерывного литья, изложницы для центробежного литья. Они имеют точные размеры, низкую шероховатость ра­бочих поверхностей; обладают высокой теплопроводностью, но отличаются от разовых песчаных форм сложностью конструк­ции.

Экономическая эффективность способов литья в металличе­ские формы зависит от стойкости форм, которая оценивается числом заливок их металлом от начала работы до износа. Для сохранения рабочих поверхностей металлических форм на них наносят термостойкие и теплоизоляционные покрытия. Толщи­на слоя поверхностного покрытия регулирует интенсивность те­плообмена между отливкой и формой. Стойкость металлической формы тем выше, чем больше толщина покрытия и меньше ко­эффициент теплопроводности этого покрытия, чем ниже темпе­ратура заливки и выше начальная температура формы. Постоян­ство температуры формы снижает интенсивность термических ударов при заполнении ее жидким металлом и сохраняет посто­янство геометрических размеров отливок, а также их точность.

Литье в кокиль получило широкое распро­странение для изготовления отливок из черных и цветных сплавов. Кокиль – это литейная форма многократного использования, изготовляемая из чугуна, стали, алюминиевых сплавов или меди. Он служит для образования наружных очерта­ний отливки, внутренние полости и отверстия образуются с по­мощью стержней. Экономическая целесообразность литья в металлические формы во многом зависит от стойкости форм, их долговечности и стоимости. Рациональная область применения – массовое и крупносерийное производство отливок ответственного назначения из чугуна и стали массой до 200 кг. В литейных цехах применяют автоматизированные линии, оснащенные карусельными кокильными машинами (это поворотная машина, на которой расположено восемь кокилей). На кокильных машинах производят следующие технологические операции: нанесение покрытий; установку стрежней; сборку кокиля; заливку металла в кокиль; разборку кокиля; выталкивание готовой отливки; съем и передачу отливки на транспортное устройство.

Центробежное литье – это способ получения литых загото­вок при заливке металла во вращающиеся литейные формы, установленные на литейные центробежные машины. Заливка расплавленного металла и формирование отливки осуществляется под действием центробежных сил, которые отбрасывают заливаемый металл к стенкам формы, где он и затвердевает в виде пустотелой отливки. Преимущества метода являются относительно высокая плотность отливок вследствие малого количества межкристаллических пустот; получения отливок внутренних полостей трубных заготовок без применения стержней; большая экономия сплава за счет отсутствия литниковой системы; возможность получения двухслойных заготовок, что достигается поочередной заливкой в форму различных сплавов (сталь и чугун, чугун и бронза). Наиболее рационально использовать этот метод для получения отливки, имеющие форму тела вращения (труб, гильз, втулок, колец и т. д.).

Литье под давлением. Суть процесса машинного литья в металлическую форму (пресс-форму) под давлением заключается в том, что литейная форма заполняется расплавов под действием внешних сил, значительно превышающих силы гравитации, а затвердевание отливки протекает под избыточным давлением. Расплавленный металл заполняет пресс-форму под давлением поршня до 350 МПа за доли секунды (от 0,01 до 0,6 с) при скорости 120 м/с. Вследствие гидравлического удара поверхностный слой (толщиной около 0,2 мм) отливок получается плотным, без газовой пористости, пузырьки газа остаются во внутренних сечениях отливки. Металл быстро затвердевает, образуется отливка, которая после раскрытия пресс-формы удаляется выталкивателем. Литье под давлением используют в основном для получения отливок из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавах в условиях крупносерийного и массового производства. Реже этим способом литья изготавливают отливки из стали, титана или сплавов на основе олова и свинца.

Выбор рационального способа изготовления отливок. Современные требования, предъявляемые к литым заготовкам деталей машин, характеризуются максимальным приближением отливок по форме и размерам к готовым деталям, экономией металла, применением прогрессивных методов литья. При выборе оптимального способа получения литых деталей необходимо проводить сравнительный анализ возможных вариантов рассматриваемых технологических процессов литья. В качестве критерия сравнительного анализа способов литья принимают технологические возможности способов (масса и габаритные размеры отливок, сложность и требования, предъявляемые к ним, масштаб производства и др.), возможности способов литья в обеспечении мелкозернистой структуры, более высоких механических свойств.

Общие требования к технологичности конструкций литых деталей изложено в [2].