1. Получение заготовок методами литья

Сейчас литейное дело превратилось в высокомеханизированное и даже автоматизированное производство. Самотвердеющие смеси для литейных форм, модели из пенопласта, электрические плавильные смеси, индукционные насосы и дозаторы, электрогидравлические установки для очистки изделий, кибернетические системы управления и электронно-вычислительные машины избавляют литейщиков от грязных и трудоемких ручных операций.

От многотонных корпусов турбин и гидравлических прессов до миниатюрных деталей хирургических инструментов простирается неисчислимая номенклатура литейных форм. Шедевром русского литейного искусства являются отлитые в 1532г. Николаем Немчиновым Царь-колокол и Андреем Чоховым в 1586г. Царь-пушка весом более 2400 пудов калибром 89 см. Дополнить эту маленькую коллекцию может литой шабот, деталь основания самого мощного в свое время (1874г.) кузнечного молота Мотовилихинского завода в Перми. Его масса 600 т. Самой же крупной отливкой из чугуна был шабот 100-тонного молота в итальянском городе Терни. Его масса 1000 т. И был он отлит в конце XIX столетия прямо на месте установки молота. Только через четыре месяца после отливки можно было приступить к раскрытию формы – настолько горяч был шабот – эта гигантская наковальня. Даже спустя полгода он был еще теплым. Около 50% массы современных машин приходится на литье. Сегодня производство отливок во всем мире приближается к 80 млн.т. Причем более 95% – это отливки из чугуна и стали.

Материалов для литья существует великое множество. От керамики, стекла до металлических сплавов. Металлические сплавы подразделяются на следующие основные группы: чугуны и стали; бронзы и латуни (сплавы меди с разными элементами); сплавы алюминия с различными элементами; легчайшие сплавы – сплавы магния с различными элементами; сплавы на основе цинка, свинца, олова; сплавы на основе никеля, титана и других элементов.

Точность размеров, шероховатость поверхности и свойства отливки зависят от качества литейной формы и литейных свойств заливаемого металла. Основными литейными свойствами сплавов, которые необходимо учитывать при конструировании и разработке технологии изготовления отливок, являются жидкотекучесть, усадка и ликвация – неоднородность различных частей отливки по химическому составу.

Жидкотекучестью сплава называется его способность заполнять узкие полости формы, что необходимо при отливке тонкостенных сложных деталей. Жидкотекучесть у разных сплавов не одинакова. Особенно она велика у сплавов алюминия с кремнием, у бронзы и серого чугуна, ниже – у стали. При добавлении в сталь и чугун углерода, кремния или фосфора, в оловянную бронзу – цинка и олова, в алюминий – кремния, в магний – алюминия жидкотекучесть увеличивается.

При остывании расплавов и горячих отливок происходит усадка – их объем и размеры уменьшаются. В результате в отливках могут возникнуть полости и высокие внутренние напряжения, отливки коробятся и даже разрушаются. Влиять на величину усадки и устранять ее вредные последствия можно, изменяя химический состав сплава и с помощью специальных технологических приемов.

Многие металлы и сплавы в жидком состоянии жадно поглощают газы – водород, азот, окись углерода и др. Хуже всего, когда газы в расплаве растворяются. По мере его застывания растворимость газов уменьшается, они начинают выделяться в виде пузырьков, образуются газовые раковины. С этим борются, откачивая газы и воздух – вакуумированием, «выжимая» газовые пузырьки из расплава центробежными и электромагнитными силами, химическим связыванием газов и т.д.

И еще одна неприятность – ликвация. Причин ликвации может быть несколько. Это и разность удельных весов отдельных элементов расплава и неравномерное остывание отдельных участков. Бороться с ликвацией можно перемешиванием, ускоренным охлаждением, специальной тепловой обработкой.

Как известно, при литье изделия или заготовки, называемые отливками, получают после затвердения залитого в форму расплавленного металла. Может быть множество вариантов форм, соответствующих множеству специальных способов литья.

Внутренняя полость формы по конфигурации и размерам соответствует внешней поверхности отливки. Отверстия и другие внешние полости в отливке выполняют с помощью специальных стержней, устанавливаемых в форму перед заливкой. Заливку расплавленного металла в полость формы производят через систему литников (каналов). Литниковая система должна обеспечить спокойное, без всплеска и разбрызгивания поступление металла в полость формы, равномерное ее заполнение, выход газов и шлака из формы, подпитку жидким металлом отливки в процессе кристаллизации.

Для определения конфигурации отливки и всей последующей работы по конструированию заготовки, важно установить плоскость разъема формы и опок при формовке. Плоскость разъема следует установить так, чтобы ответственные и базовые поверхности детали, по возможности, располагались в одной из частей формы, причем целесообразней, чтобы они располагались внизу или сбоку, а не в верхней части отливки, так как эта часть отливки получается менее плотной и более загрязненной посторонними включениями. При выборе расположения плоскости разъема важно также предусмотреть удобство размещения стержней, образующих внутренние полости отливок.

В зависимости от программы выпуска, размеров отливок и требований, предъявляемых к литым деталям, они могут быть выполнены различными способами: литьем в песчано-глиняные формы, в оболочковые формы, в кокиль, литьем под давлением, центробежным литьем, литьем по выплавляемым моделям и др.