4.2. Основы технологии литейного производства

Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Масса литых деталей составляет около 60 % от массы тракторов и сельскохозяйственных машин, 70–85 % от массы прокатных станов и металлорежущих станков.

Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл определенного химического состава заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответствует форме и размерам требуемой заготовки. После остывания заготовки (или отливки) извлекают из формы.

До 60 % общего объема чугунных и стальных отливок получают методом литья в песчано-глинистые формы. Для получения отливок с высокой точностью, однородной структурой металла применяют специальные способы литья:

- в металлические формы (кокили);

- центробежное;

- под давлением;

- по выплавляемым моделям и т. д.

Литье в песчано-глинистые формы. Литейную форму, в которую заливают расплавленный металл, изготавливают из формовочной смеси в специальных ящиках-опоках по моделям. Модель – это приспособление для получения в форме рабочей полости будущей отливки. Модели могут изготавливаться из дерева, пластмассы или металла. Формовочные смеси для литейных форм и стержней состоят из кварцевого песка, специальной глины, воды и ряда добавок. Плавку металла выполняют в различных плавильных устройствах. Чугун плавят в вагранках, сталь – в конверторах и электропечах, цветные металлы и их сплавы – в электрических печах и тиглях. После заливки расплава в литейную форму и его охлаждения отливки выбивают из формы и очищают от формовочной смеси. Перед отправкой в механические цехи стальные отливки обязательно подвергаются термической обработке – отжигу, или нормализации – для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла.

Преимуществом литья в песчано-глинистые формы является невысокая стоимость формовочных материалов и модельной оснастки. Однако этот способ литья является более трудоемким в сравнении с другими. Кроме того, литье в песчано-глинистые формы обеспечивает малую точность размеров и большую шероховатость поверхности.

Специальные способы литья – центробежное; по выплавляемым моделям; в постоянные металлические формы (кокиль); под давлением – по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы, позволяет получать отливки лучшего качества, более точных размеров и с хорошим качеством поверхности.

Литье в кокиль – самый распространенный из специальных способов литья. Металлические литейные формы (кокили) изготавливают разъемными и неразъемными в основном из стали и чугуна. Для получения сложных полостей используют металлические и песчаные стержни.

Процесс литья в кокиль включает следующие операции:

- очистка кокиля;

- нанесение на его внутреннюю поверхность огнеупорной обмазки (из кварца, графита, асбеста и жидкого стекла);

- нагрев кокиля до 150–450 °С;

- заливка расплавленного металла в форму.

После затвердевания отливку извлекают из кокиля при помощи выталкивателя. Недостатки способа – высокая стоимость кокилей; низкая газопроницаемость металлической формы, которая приводит к образованию газовых раковин и трещин в отливках.

Литье по выплавляемым моделям. Процесс получения отливок заключается в следующем:

1) в пресс-форме из легкоплавкой смеси стеарина (50 %) и парафина (50 %) отливают модель отливки и элементы литниковой системы;

2) модель и литниковую систему собирают в блок, покрывают керамической оболочкой (толщиной 2–8 мм);

3) затем из керамической литейной формы водой, паром или горячим воздухом выплавляют модель;

4) полученные керамические формы подвергаются обжигу, а затем поступают на заливку металлом.

Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение размеров отливки большей точности. Этим способом можно получить отливки самой сложной формы с толщиной стенок до 0,3–0,8 мм с минимальным припуском на механическую обработку (до 0,7 мм). Недостаток – стоимость отливок выше, чем при изготовлении другими способами.

Литье под давлением. Перед началом работы пресс-форму подогревают, в зависимости от заливаемого сплава, до 150–400 °С и смазывают смазкой на основе минеральных масел с графитом. Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл заполняет пресс-форму под давлением поршня. После затвердевания металла форма раскрывается и отливка извлекается.

В условиях массового производства применение литья под давлением позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10–12 раз, а трудоемкость механической обработки – в 5–8 раз. За счет высокой точности изготовления и обеспечения повышенных механических свойств отливок, полученных под давлением, достигается экономия до 30–50 % металла, по сравнению с литьем в разовые формы, создается возможность полной автоматизации процесса.