Раздел 1. Основы литейного производства

Тема 1.1. Понятие о процессах получения литых заготовок

Вопросы:

1. Сущность литейного производства, продукция и обла­сти ее применения.

2. Преимущества и недостатки литейного производства перед другими методами получения заготовок деталей машин.

3. Краткая история развития литейного дела.

4. Литейное про­изводство на современном этапе, перспективы развития.

1. Процесс получения заготовок деталей ма­шин и других изделий методом литья называют литей­ным производством.

Сущность производства литых изделий заключается в изготов­лении формы, которую заполняют жидким металлом. После затвер­девания металл принимает очертания и размеры формы и называется отливкой.

Технологический процесс получения отливок состоит из большо­го числа отдельных процессов: изготовления модели, приготовле­ния формовочных и стержневых смесей, изготовления стержней и литейных форм, сборки литейных форм, расплавления металла, заливки металла в формы и затвердевания отливки, освобождения затвердевшей отливки из формы, обрубки и очистки литья, контро­ля качества отливки. Каждый из них непрерывно развивается и со­вершенствуется.

Существуют следующие способы фасонного литья: в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляе­мым моделям (литье в разовые формы), в кокиль, на ма­шинах под давлением, центробежное (литье в постоян­ные формы) и др. Все способы фасонного литья, кроме литья в песчаные формы, называются специальными спо­собами литья. Наиболее широкое применение имеет литье в песчаные формы. Однако чистота поверхности и точ­ность этих отливок в большинстве случаев не удовлетво­ряет требованиям современного машиностроения. Поэто­му с каждым годом получают все большее применение специальные способы литья, позволяющие получать от­ливки повышенной точности, с минимальным объемом механической обработки и с чистой гладкой поверхно­стью, не требующей дальнейшей обработки.

В литейном производстве применяется очень много различных сплавов на основе железа (сталь и чугун), алюминия, магния, меди, цинка, кобальта, никеля, титана и других металлов. Наиболее широко используются чугун и сталь. Сплавы, применяемые в литейном производстве, отличаются по составу, температуре плавления, вязкости в жидком состоянии, химической активности, прочности и пластичности в твердом состоянии и по мно­гим другим свойствам. В настоящее время ведут успеш­ные разработки новых сплавов, которые обладали бы повышенной прочностью, а также другими свойствами в зависимости от специ­фики работы машин.

Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии, строительстве. Литые детали в среднем составляют примерно поло­вину массы машин и механизмов, поэтому литейное производство считается основной заготовительной базой машиностроения.

Удельный вес литья в металлорежущих станках равен 80%, в текстильных машинах 72%, в прокатных станах 68%, в тракто­рах 58%, в паровых машинах 55%, в электропроводах 26%. Ли­тые детали стоят значительно дешевле деталей, изготовленных дру­гими способами, причем отливки могут быть сложной конфигура­ции из любых сплавов.

2. Литье является важным и экономически выгодным способом производства. Во многих случаях литье – един­ственный способ изготовления нужных деталей. Особен­но это проявляется в тех случаях, когда требуется изго­товить детали больших размеров и массы, а также слож­ной конфигурации. Кроме того, малопластичные сплавы, например такие, как чугун, которые не поддаются обра­ботке давлением (ковке, штамповке и др.), с успехом ис­пользуют для производства фасонных отливок. Методом литья можно изготовлять изделия сложной конфигура­ции, которые при помощи других видов обработки – ковки, штам­повки, сварки – получить или значительно труднее, или невоз­можно. Стоимость литой детали в большинстве случаев оказывается ниже стоимости аналогичной детали, изготовленной другими методами. Вес отливки может быть самым различным – от не­скольких граммов (детали приборов) до сотен тонн (станины станков).

3. История литейного производства уходит в глубокую древность. Известны отливки из бронзы, полученные в третьем тысячелетии до н. э. Позд­нее научились изготовлять отливки из чугуна, а из ста­ли – только в XIX в. Отливки из алюминиевых сплавов начали изготовлять в XX в. Русский мастер-литейщик Андрей Чохов в 1586 г. отлил из бронзы царь-пушку массой около 39 т, а Михаил Моторин в 1735 г. отлил из бронзы знаменитый царь-колокол массой около 200 т. В 1973 г. на Ижорском заводе в Ленинграде из леги­рованной стали отлили сложную заготовку массой 230 т для вала турбогенератора мощностью 1200000 кВт.

4. По мере роста технических достижений в области литейного производства непрерывно повышается качество получаемых отли­вок, их прочность, а также точность и чистота поверхности. Если совсем недавно предел прочности при растяжении лучших (углеро­дистых) сталей для отливок не превышал 35…50 кг/мм² (343…490 МН/м²), а серого чугуна 10…12 кг/мм² (98…116 МН/м²) (при удлинении 0,1%), то в настоящее время для литых деталей разрабо­таны качественные и специальные стали, которые после определен­ной термической обработки имеют предел прочности при растяже­нии свыше 200 кг/мм² (1960 МН/м²), а высокопрочные чугуны от 45 до 100 кг/мм² (980 МН/м²) и удлинении от 2 до 20%. Разработаны дешевые новые марки стали более простого состава, заменяющие дорогостоящие высоколегированные стали.

Важнейшее направление в организации литейного производства – специализация. Специализированные литейные заводы и цехи выпускают отливки определенного вида, например, изложницы, трубы водопроводные и канализационные, радиаторы, вагонные ко­леса, поршневые кольца и т. д.

Перед литейным производством стоит задача получения отливок с максимальным приближением к окончательному виду детали или изделия с таким расчетом, чтобы наиболее трудоемкую операцию механической обработки можно было ограничить лишь чистовой отделкой и шлифованием. Это можно достигнуть усовершенствова­нием и внедрением специальных способов литья (в кокиль, литье под давлением, центробежное литье, литье по выплавляемым моде­лям, в оболочковые формы) и др.