Литейка

Литейное производство

**1. Литейное производство.Литейные свойства сплавов.**

Литейное производство — это изготовление деталей (отливок) путем заливки расплавленного металла в заранее подготовленную форму, полость которой точно повторяет контуры будущей детали, после чего металл застывает.

Чтобы получить качественную отливку без трещин, раковин и недоливов, сплав должен обладать определенными литейными свойствами. Главное свойство — это жидкотекучесть, то есть способность расплавленного металла полностью заполнять самые тонкие и извилистые каналы формы. Чем выше жидкотекучесть, тем более сложные детали можно отливать. Второе важное свойство — усадка, то есть уменьшение объема металла при застывании и охлаждении. Усадка бывает объемной (уменьшение общего объема) и линейной (уменьшение размеров). Из-за усадки в отливках могут образовываться усадочные раковины (пустоты) и трещины, поэтому это свойство обязательно компенсируют прибылями — дополнительными резервуарами с металлом. Третье свойство — склонность к ликвации, то есть к неоднородности химического состава по объему отливки (например, легкоплавкие компоненты скапливаются в центре, а тугоплавкие — у краев). Также важны газопоглощение (способность растворять газы, которые при застывании образуют газовые поры) и образование оксидных пленок. Хорошими литейными свойствами обладают серый чугун (высокая жидкотекучесть, малая усадка), силумины (алюминиевые сплавы с кремнием), бронзы и латуни. Углеродистые стали имеют худшую жидкотекучесть и большую усадку, поэтому их литье сложнее.

**2. Литейное производство. Классификация литых заготовок.**

Литые заготовки (отливки) классифицируют по нескольким основным признакам. По способу изготовления литейной формы различают: литье в разовые песчаные формы (самый распространенный, форма разрушается после извлечения отливки), литье в металлические формы (кокили — многоразовые формы), литье по выплавляемым моделям (для очень точных деталей), литье в оболочковые формы, литье под давлением, центробежное литье и литье в вакууме. По массе отливки делятся на мелкие (до 10 кг), средние (10-200 кг), крупные (200-1000 кг) и особо крупные (свыше 1000 кг). По конфигурации и сложности отливки бывают простые (плиты, диски), средней сложности (корпуса, кронштейны), сложные (блоки цилиндров, головки) и особо сложные (лопатки турбин, художественное литье). По точности и шероховатости различают обычное литье (с припуском на механическую обработку 3-5 мм), повышенной точности (припуск 1-2 мм) и прецизионное литье (почти без припусков, как по выплавляемым моделям). По материалу отливки бывают чугунные, стальные, алюминиевые, медные, магниевые, титановые и из других сплавов. По типу производства — единичное, серийное и массовое. Также классифицируют по наличию армирования (с залитыми элементами) и по способу заливки (сверху, сифонная, центробежная). Эта классификация помогает выбрать

оптимальный способ литья для конкретной детали, учитывая её размеры, сложность, требуемую точность и количество.

**3. Литейное производство. Суть литья в песчано-глинистые формы.**

Суть литья в песчано-глинистые формы (литье в землю) заключается в том, что литейную форму изготавливают из специальной формовочной смеси, основой которой является песок (кварцевый, цирконовый) и связующее — глина (бентонитовая). Это самый старый и самый универсальный способ, поскольку он позволяет получать отливки практически любых размеров (от граммов до сотен тонн) из любых сплавов, причем форма после заливки и остывания разрушается, поэтому её делают заново для каждой отливки. Процесс выглядит так: сначала изготавливают модель будущей детали — это копия отливки, но увеличенная на величину усадки металла. Модели делают из дерева, пластика или металла. Затем модель укладывают в опоку (рамку)

изасыпают формовочной смесью, которую уплотняют. После этого модель извлекают, и в смеси остается полость — точный отпечаток детали. В этой форме прорезают литниковую систему — каналы, по которым расплавленный металл будет поступать в полость: литниковая чаша (воронка для заливки), стояк (вертикальный канал), шлакоуловитель (горизонтальный канал, задерживающий шлак) и питатели (подводы металла непосредственно к детали). Также делают выпоры (вертикальные каналы) для выхода воздуха

игазов, а для компенсации усадки устанавливают прибыли — резервуары с металлом, которые застывают последними и подпитывают отливку при усадке. Затем форму собирают из двух половинок (верхней и нижней опоки), заливают расплавленный металл, дают остыть, выбивают отливку из формы

иобрезают литники. Этот способ универсален, не требует дорогого оборудования, но имеет низкую точность (припуски 3-5 мм), высокую шероховатость и большую трудоемкость.

**4. Литейное производство. Основные элементы и их назначение при литье в песчано-глинистые формы.**

При литье в песчано-глинистые формы существует несколько обязательных элементов, каждый из которых выполняет свою важную функцию. Модель — это копия будущей отливки, которую изготавливают с учетом усадки металла (обычно увеличенной на 0,5-2%) и наличия стержневых знаков (если в детали есть отверстия или полости). Стержень — это отдельный элемент формы, который делают из стержневой смеси (более прочной и газопроницаемой), он устанавливается внутрь формы для получения отверстий, полостей и внутренних каналов, которые невозможно сделать простым извлечением модели. Опока — это металлическая или деревянная рамка, в которую засыпают формовочную смесь; она обеспечивает прочность формы и удобство ее сборки (состоит из верхней и нижней опоки). Формовочная смесь состоит из песка (огнеупорная основа), глины (связующее), воды и добавок (для улучшения газопроницаемости, пластичности). Литниковая система — это каналы для подачи расплава: литниковая чаша (воронка) служит для приема металла и задержания шлака, стояк — вертикальный канал, по которому металл опускается вниз, шлакоуловитель (горизонтальный канал, часто трапециевидного сечения) задерживает

неметаллические включения, а питатели — узкие короткие каналы, которые подводят металл непосредственно к полости детали, причем их расположение должно обеспечивать равномерное заполнение формы снизу вверх. Выпоры — это вертикальные каналы, служащие для выхода воздуха, газов и для контроля заполнения формы. Прибыли — это дополнительные резервуары, которые устанавливают над массивными частями отливки; они застывают последними и компенсируют усадку, предотвращая образование усадочных раковин. Также используют холодильники — металлические вставки в форму для ускоренного охлаждения толстых стенок, чтобы избежать неравномерной усадки. Все эти элементы вместе обеспечивают получение плотной, беспористой и точной отливки.

**5. Литейное производство. Суть литья в металлические формы (кокили).**

Суть литья в металлические формы, или кокильное литье, заключается в том, что расплавленный металл заливают не в песчаную, а в многоразовую форму, отлитую из чугуна или стали — кокиль. Кокиль состоит из двух или более разъемных частей, которые плотно стягиваются. Внутри кокиля имеется полость, точно повторяющая контуры отливки. Перед заливкой кокиль подогревают до 100-300°C, а его внутреннюю поверхность покрывают тонким слоем огнеупорной облицовки (меловой суспензией или другими составами), чтобы металл не приваривался к форме и отливку можно было легко извлечь. Заливку производят под действием силы тяжести (самотеком) через литниковую систему. Поскольку кокиль металлический, он очень быстро отводит тепло от залитого металла, поэтому отливка застывает гораздо быстрее, чем в песчаной форме. Благодаря быстрому охлаждению структура металла получается более мелкозернистой и плотной, а механические свойства отливки повышаются на 10-20%. После застывания кокиль раскрывают, извлекают отливку, удаляют литники, очищают форму от остатков облицовки и используют её снова. Кокили могут выдерживать от сотен до десятков тысяч заливок (в зависимости от сплава

— для чугуна меньше, для легких сплавов больше). Основные преимущества: высокая точность размеров (припуск 0,5-1,5 мм), чистая поверхность, мелкозернистая структура, высокая производительность (цикл 5-30 минут), экономия формовочных материалов. Недостатки: дороговизна кокиля, невозможность получать сложные полости (без стержней, которые здесь делать трудно), плохая заполняемость тонких стенок из-за быстрого охлаждения, и ограничение по максимальной температуре заливаемого сплава (для тугоплавких сталей кокили быстро выходят из строя). Чаще всего кокильным литьем получают отливки из алюминиевых, магниевых, медных сплавов и чугуна в серийном производстве, например, поршни, тормозные барабаны, корпуса.

**6. Литейное производство. Суть литья по выплавляемым моделям.**

Суть литья по выплавляемым моделям (или точного литья) заключается в использовании разовой модели, которую делают из легкоплавкого состава (чаще всего на основе парафина или стеарина), а не из дерева или металла. Эта модель не извлекается из формы механически, а выплавляется

(выжигается) перед заливкой. Процесс трудоемкий, но позволяет получить отливки с высочайшей точностью — практически без последующей механической обработки. Делается это так: сначала изготавливают прессформу из металла (оснастку), в которую под давлением заливают модельный состав, получая точную восковую модель детали с литниковой системой. Затем несколько десятков или сотен таких восковых моделей собирают в один общий блок (модельный блок), припаивая их к общему стояку. Этот блок несколько раз окунают в жидкую огнеупорную суспензию (например, гидролизованный этилсиликат с кварцевой пылью) и обсыпают мелким песком (кварцевым или корундовым), создавая таким образом на поверхности модели многослойную керамическую оболочку толщиной 5-10 мм. После того как оболочка высохнет и затвердеет, блок нагревают в печи до 300-500°C, и воск (или парафин) вытекает (выплавляется) из оболочки, оставляя внутри точнейшую полость, повторяющую геометрию моделей. Затем оболочку прокаливают при 800-1000°C для придания ей прочности и удаления остатков модельного состава. После этого в горячую керамическую форму заливают расплавленный металл, который заполняет все мельчайшие детали. После остывания керамическую оболочку сбивают (она разрушается), а готовые отливки отделяют от литниковой системы. Преимущества: невероятная точность (допуски 0,03-0,1 мм), чистота поверхности как после обработки, возможность литья тонкостенных (0,5-1 мм) и очень сложных деталей, в том числе из труднообрабатываемых сплавов (жаропрочные стали, титан). Недостатки: очень высокая стоимость, много операций, ограничение по массе отливок (обычно до 10-20 кг). Применяется в авиастроении (лопатки турбин), точном приборостроении, зубопротезировании, ювелирном деле.

**7. Литейное производство. Суть литья в оболочковые формы.**

Суть литья в оболочковые формы (или литье по холодным смолам) — это способ, при котором полупостоянную форму делают из нагревостойкой тонкостенной оболочки на основе формовочного песка и термореактивной синтетической смолы (фенолформальдегидной или другой). Форма здесь не песчано-глинистая, а тонкая (обычно 6-15 мм толщиной), но очень прочная и жесткая, как яичная скорлупа. Процесс происходит так: металлическую модельную плиту (оснастку) подогревают до 200-300°C. На эту горячую плиту насыпают смесь кварцевого песка с 3-8% термореактивной смолы. От тепла смола в слое, прилегающем к плите, расплавляется, а затем быстро полимеризуется (затвердевает), связывая песок в плотную твердую оболочку точно по форме модели. Излишки несвязанной смеси ссыпают, а оставшуюся горячую оболочку вместе с плитой прогревают еще несколько минут для окончательного отверждения. Затем оболочку снимают с плиты — это уже готовая полуформа. Такие же действия повторяют для получения второй половины формы. Затем две полуформы склеивают по разъему или скрепляют специальными замками, помещают в опоку (для жесткости и засыпают наполнителем, чтобы форма не развалилась при заливке), и заливают металл. Расплавленный металл заполняет полость, и, поскольку оболочка тонкая, тепло быстро отводится, отливка получается с чистой поверхностью и высокой точностью. После застывания металла оболочка

частично разрушается, отливку извлекают. Преимущества: более высокая точность и чистота поверхности, чем при обычном литье в песчаные формы (припуск 0,5-1 мм), меньший расход смеси, возможность автоматизации и получения отливок сложной конфигурации в серийном производстве. Недостатки: требуется специальное оборудование (подогреваемые модельные плиты), дорогая смола, и нельзя делать очень большие отливки (обычно до 50-100 кг). Этот способ широко применяется в автомобилестроении и станкостроении для получения отливок из чугуна и стали средних размеров: корпуса насосов, шестерни, кулачки, тормозные колодки.