ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Сущность литейного производства состоит в получении отливок – литых металлических изделий путем заливки расплавленного металла или сплава в литейную форму.

Литейной формой называют специально изготовленный огнеупорный сосуд, внутренняя полость которого по своим очертаниям соответствует очертаниям требуемой отливки (рис. 6).

Рисунок 6 – Песчаная форма для получения отливки «Шкив», выполненная в трех опоках

Процесс изготовления формы, заключающей в себя изготовление отдельных частей и подготовку формы к заливке, называется формовкой. Формы заливают во влажном состоянии (формовка по-сырому) или сухом (формовка по-сухому). Формовка по-сырому наиболее экономична, т.к. затраты на изготовление формы, особенно при механизации и автоматизации процесса наименьшие. В сырых формах изготавливают основную массу отливок из чугуна, алюминиевых и медных сплавов, мелкие и средние отливки из стали в условиях единичного, серийного или массового производства. Сухие формы обычно применяют для крупных и массивных отливок.

Формы изготовляются в большинстве случаев из специальных формовочных смесей – песчано-глиняных (тип земельные) и смесей песка с органическими крепителями (или связующими). Эти формы служат только для одной заливки металла, после чего при выбивке (освобождении) отливки разрушаются. Такие формы называются разовыми.

Кроме земляных форм в современном литейном производстве применяются также разовые формы, изготавливаемые из особых керамических твердеющих составов (например, для литья по выплавляемым моделям и литья в корковые формы) и многократно используемые литейные формы – полупостоянные и постоянные из огнеупорных масс, а главным образом из металла (кокильное литье, литье под давлением).

Рассмотрим в этом курсе более подробно наиболее универсальный метод – метод разовой формовки.

Для уяснения сущности технологии процесса литейного производства рассмотрим приведенную на рисунке 7 схему.

На рисунке 7 показана отливка. Она полая. Внутренняя полость ее при заливке получается с помощью куска формовочного (точнее стержневого) материала таких же очертаний и размеров, как полость отливки. Этот кусок называется стержнем.

Для изготовления стержня формовочный материал набивается в стержневой ящик. После выкладывания из ящика стержень подвергается сушке в сушильной печи для повышения прочности. Сухой стержень устанавливается в литейную форму при ее сборке. В форме стержень опирается на свои два конца, которые называются стержневыми знаками. Длина стержня больше длины полости отливки, которую он образует, на длину своих знаков. Стержень является частью литейной формы.

Полость в литейной форме, куда будет при заливке поступать жидкий металл, получается с помощью модели.

Модель – прототип будущей отливки. Однако модель не имеет полости, т.к. полость в отливке образуется стержнем. По торцам модель имеет выступы для получения отпечатков в литейной форме, на которые устанавливается при сборке стержень. Эти выступы на модели также называются стержневыми знаками.

Литейная форма ( в основном) выполняется из двух половин – верхней и нижней полуформы. Полуформы набиваются или формируются формовочной смесью в чугунных или стальных рамках, которые называются опоками.

Жидкий металл при заливке поступает в полость формы по литниковым каналам – литниковой системе.

Литниковая система — это система каналов, через кото­рые расплавленный металл подводят в полость формы. Литниковая система должна обеспечивать заполнение литейной формы с необходимой скоростью, задержание шлака и других неметаллических включений, выход паров и газов из полости формы, непрерывную % подачу расплавленного металла к затвердевающей отливке.

Элементы литниковой системы (рис. 7) : литникованая воронка (чаша) (3), стояк (4), зумпф (5), шлакоуловитель (8), питатели (9), прибыль (1), выпор (2).

Литниковая воронка (чаша) – служит для приема формой струи расплава, заливаемого из литейного ковша.

Стояк – вертикальный канал, служит для подвода расплава по высоте формы.

Зумпф – гасит энергию падающей струи металла.

Шлакоуловитель – горизонтальный канал, чаще всего выполняется в верхней полуформе, служит для улавливания включения в расплаве (газовых, неметаллических, шлаковых).

Питатель – горизонтальный элемент литниковой системы, чаще всего выполняется в нижней полуформе, служит для непосредственного подвода расплава в полость формы.

Выпор – сквозной канал, соединяющий полость формы с окружающей средой, служит для отвода газов (воздуха), вытесняемых из полости формы при заполнении ее расплавом.

Прибыль – особый элемент литниковой системы, располагается над массивным узлом отливки (тепловым узлом), который затвердевает последним в процессе кристаллизации отливки. Служит для компенсации дефицита металла, возникающего при кристаллизации в результате усадки.

Рисунок 7 – Литниковая система: 1 – прибыль, 2 – выпор, 3 – литниковая чаша (воронка), 4 – стояк, 5 – зумпф, 6 – дроссель, 7 – питатель, 8 – шлакоуловитель, 9 - отливка

Для получения отливки литейную форму, при соблюдении определенных условий, заполняют жидким металлом, который выдерживается в форме до полного затвердевания и последующего охлаждения до заданной температуры.

Одноразовая форма при извлечении отливки (выбивке отливки) разрушается. Освободившаяся при выбивке отработанная (горелая) формовочная смесь подвергается регенерации и используется для формовки (оборотная смесь). После выбивки или отливки удаляются стержни (выбивка стержней). Далее отливку передают в отчистку от приставшей и пригоревшей формовочной смеси.

Общая схема технологического процесса изготовления отливок в песчаных формах

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ОТЛИВОК

1. Отсутствие внешних дефектов: пригара, трещин, заливов, утяжин, неслитин, облоя, сдвига по разъему формы и т.п.

2. Отсутствие внутренних дефектов: трещин, не выходящих на поверхность, газовых и усадочных раковин.

3. Отсутствие искажения заданных размеров отливки в результате коробления, недолива.

4. Соответствие химического состава сплава заданному.

5. Соответствие особым свойствам: кислотостойкость, жаропрочность и т.п.

Классификация отливок

Для взаимопонимания, принятия рекомендаций при проектировании технологического процесса изготовления отливок, выбора формовочных материалов, оборудования принята условная классификация отливок по следующим признакам:

1. по весовым группам

   Весовая группа	Характеристика отливки	Вес отливки в кг.
   I	Легкие	До 100
   II	Средние	101-1000
   III	Крупные	1001-5000
   IV	Очень крупные	Более 5000

2. по назначению, т.е. по условиям работы литых деталей, по требованиям, предъявляемым к ним:

   Назначение отливок	Характеристика деталей
   1. неответственного или общего назначения (например, фурнитура)	Детали не рассчитывают на прочность; точность размеров не велика
   2. ответственного назначения (например, корпус двигателя)	Детали рассчитывают на прочность; работают при статических нагрузках условиях трения
   3. особо ответственного назначения (например, крутящий вал)	Детали рассчитывают на прочность; работают в условиях динамических нагрузок

3. по серийности

Серийностью называется тип производства, характеризующийся количеством продукции, выпущенной за определенный промежуток времени.

Для отливок I весовой группы (весом до 100 кг) принята следующая классификация по серийности:

Количество выпушенных отливок, шт./год
Единичное производство	Мелкосерийное производство	Серийное производство	Крупносерийное производство	Массовое производство
До 150	До 2000	До 15000	До 100 000	Свыше 100 000