Меню

Литье металла процесс способы методы



Литьё металлов. Методы и способы литья металлов.

Застывая, металл сохраняет форму того сосуда, в который был залит в жидком виде. Эту особенность металла человек использовал при получении изделий способом литья.

Наша страна издавна славилась искусными литейщиками. В Московском Кремле стоят «Царь-пушка» массой 40 т, отлитая Андреем Чоховым в конце XVI в., и «Царь-колокол» массой 200 т, изготовленный знаменитыми литейщиками Иваном и Михаилом Моториными в первой половине XVIII в. Во многих странах мира известны художественные изделия Каслинского чугунолитейного завода на Урале.

Одно из главных качеств литейного материала — способность растекаться, или жидкотекучесть. Металл или сплав в жидком состоянии должен быть подвижным и невязким, легко заполнять любую сложную форму, быстро проникать в её тончайшие извилины.

Из сплава с хорошей жидкотекучестью можно получить отливку с тонкими стенками. Если металл растекается медленно, то из него тонкостенная отливка не получится: он застынет, прежде чем заполнятся все извилины формы.

Один из лучших литейных материалов — чугун. Он обладает отличной жидкотекучестью. У стали жидкотекучесть меньше, и приходится прибегать к различным ухищрениям, чтобы заставить сталь заполнить всю форму.

Самый древний способ литья — литьё в песчано-глинистые формы, или литье в землю. Однако этот способ, хотя его и считают простым, требует большой предварительной работы.

Сначала в модельном цехе из дерева или металла делают модель будущей отливки. Она должна быть несколько большего размера, чем отливка, с учетом усадки металла при охлаждении. Модель (как и будущая форма) разъемная и состоит из двух половинок. В землеприготовительном отделении литейного цеха из земли и различных добавок готовят формовочную смесь. Если у отливки должно быть внутреннее отверстие или полость, то необходимо приготовить еще одну смесь — для стержней. Назначение стержней — заполнить те места в форме, которые в детали соответствуют отверстиям или полостям.

Формовочные и стержневые смеси готовят из специальных песков и глин и связующих материалов — растительных и минеральных масел, искусственной смолы, канифоли и т.д. Готовые смеси поступают к формовщикам, задача которых — изготовить литейные формы. Для этого на металлическую модельную плиту ставят одну половину модели разъёмом вниз (см. рис.), а затем металлический ящик без дна — опоку так, чтобы половина модели оказалась внутри него. Опоку плотно набивают формовочной землёй и переворачивают. Теперь половинка модели лежит в опоке разъёмом вверх. На эту опоку формовщик ставит ещё одну и скрепляет их штырями. Затем в верхнюю опоку устанавливают два деревянных конуса (на их месте в готовой форме останутся два отверстия для заливки металла и для выхода воздуха и газов) и плотно заполняют ее формовочной смесью.

Теперь осталось вынуть из земли деревянную модель. Для этого опоки разъединяют и из каждой вынимают половинки модели. В земле остаются чёткие отпечатки двух половин детали (см. рис.). Их, а также заранее приготовленный стержень покрывают особой краской, чтобы жидкий металл не «пригорел» — не прилип к стенкам формы. В форму вставляют стержень и прорезают в земле канавку, соединяющую отверстие для заливки металла с полостью формы, — литниковый ход. На конец, верхнюю опоку снова кладут на нижнюю, соединяют их, и форма готова. Когда она немного подсохнет, в неё можно заливать металл.

Чугун для литья приготовляют в специальных печах — вагранках. Если отливки стальные, то сталь для них плавят в конвертерах, мартеновских и электрических печах. Для расплавления цветных металлов существуют свои плавильные печи.

Жидкий металл заливают в форму из ковша, который движется вдоль ряда опок, а иногда опоки на конвейере движутся мимо ковша. Когда металл застывает, отливку вынимают из формы. С помощью наждачных станков, пескоструйных или дробеструйных аппаратов отливку очищают от приставшей формовочной земли.

Читайте также:  Завод по переработке драг металла

Вместе с тем давно уже появились и успешно используются другие, более совершенные способы литья. Один из них литье в кокиль — металлическую форму (см. рис.), состоящую из двух половин, в одну из них перед заливкой металла вставляют стержни. Затем обе половины кокиля скрепляют между собой и заливают жидкий металл. Здесь он очень быстро затвердевает, и уже через несколько минут можно вынимать деталь и заливать новую порцию металла. С помощью одного кокиля получают сотни и тысячи одинаковых отливок.

Литьё металла в кокиль.

Однако таким способом можно получать отливки только из металлов или сплавов, обладающих хорошей жидкотекучестью. А для стали, например, у которой жидкотекучесть меньше, применяют литье под давлением (см. рис.). Жидкий металл под давлением сжатого воздуха или поршня хорошо заполняет любую сложную форму. Однако обыкновенный кокиль не выдерживает большого давления и разрушается. В связи с этим формы для этого способа литья — пресс-формы — делают из прочной стали. Машины для литья под давлением выпускают по нескольку тысяч отливок за смену.

Издавна известен способ литья по выплавляемым моделям, сделанным не из дерева или металла, а из легкоплавкого воскообразного (парафин, стеарин) вещества (см. рис.). Такую модель покрывают огнеупорной оболочкой и заформовывают в опоку. Горячий металл расплавляет воск и заполняет оболочку, в точности повторяя форму модели. При этом способе модель не надо извлекать из формы, что позволяет получать очень точные отливки. Кроме того, этот процесс легко автоматизировать.

Иногда, когда отливка не требует большой точности, ее получают литьем в оболочковые формы (см. рис.). Их делают из смеси мелкого кварцевого песка с особой порошкообразной смолой. Этой смесью засыпают половинки металлических моделей, установленных на нагретой до 200—250°С металлической плите. Под действием тепла смола расплавляется, обволакивает и скрепляет зерна песка. На модели образуется песчано-смоляная корка. Затем модели вынимают, а плиту с оболочками ставят в печь, где они окончательно затвердевают. Наконец 2 полуформы оболочки соединяют между собой и заливают в полость металл.

Так же широко распространено центробежное литьё, с помощью которого делают отливки, имеющие форму тел вращения, — трубы, шестерни, зубчатые ободы и т. п. Металл заливают во вращающуюся металлическую форму, при вращении он прижимается к стенкам формы, и это позволяет получать отливки высокой точности.

Один из современных способов — электрошлаковое литьё. В этом случае сначала получают жидкий металл методом электрошлакового переплава. Бездуговой переплав металлических электродов осуществляется за счет теплоты, выделяющейся при прохождении электрического тока через расплав электропроводящего шлака. Затем жидкий металл (не соприкасаясь с воздухом) поступает в водоохлаждающий медный кристаллизатор, являющийся литейной формой. Электрошлаковое литье применяется в основном для изготовления сравнительно несложных отливок, например коленчатых валов.

Источник

Литье металла: процесс и способы

Металл занимает важное место в хозяйственной деятельности. Ежегодно человечество добывает и вырабатывает миллионы тонн металла и его сплавов. Существует много технологий металлопереработки, но наиболее часто используется литье. Определение литью дает ГОСТ 3.1109-82: это производство изделий из жидкого металла путем его заливки в предварительно подготовленные формы. Технологии литья металлов постоянно совершенствуются, повышается качество отливок, снижается себестоимость процесса.

Металл для литья

Для обработки металла методом литья важна его текучесть. В расплавленном виде жидкий металл или сплав должен легко перетекать из одной формы в другую, заполняя все выемки. Чем выше текучесть материала, тем тоньше и сложнее изделия из него можно отливать. Сплавы с низкой текучестью схватываются и затвердевают раньше, чем заполняется отливная форма. Показатель текучести металла зависит от температуры и давления, например, литая сталь становится текучей для литья под давлением 7500 кг/см². Хорошие показатели текучести у чугуна, меди, свинца. Именно эти материалы используются для отлива изделий в промышленном производстве и в кузницах.

Читайте также:  Металл спутник или божество 5 букв

Устаревшая технология литья

«Земляной» метод — самая простая и древняя технология литья. Суть метода заключается в том, что жидкий металл заливается в специальную форму, собранную из двух половинок. Нагревание металла до состояния текучести осуществляется в вагранках — печах для чугуна или в домнах — печах для стали. Для расплава материала также используются инвенторные, мартеновские и другие виды печей. Перед заливкой расплава формы наполняют формовочной смесью. Если в готовом изделии предусмотрены пустоты, то в этих местах устанавливаются стержни. Поверхности формы, с которыми контактирует жидкий металл, обрабатываются специальной краской, которая предотвращает химические реакции между формовочной смесью и расплавом.

Жидкий металл заливается в формы ковшом, если речь идет о кустарном литье, или конвейером. Расплав заполняет форму и остывая приобретает нужную конфигурацию. После полного остывания половинки формы разъединяются, с готового изделия удаляется окалина, остатки формовочной смеси.

Несмотря на то, что «земляной» метод литья имеет множество недостатков: низкая производительность, возможность отливки только простых форм, энергоемкость, вредность производства, именно этим способом были отлиты практически все советские танки времен ВОВ. В настоящее время «земляной» метод используется преимущественно в частных кузнях, изготавливающих простые изделия домашнего обихода. В промышленном производстве используются более совершенные литьевые технологии, позволяющие получать качественные и сложные по конфигурации изделия.

Современные технологии литья

Новые технологии позволяют создавать отливки, к которым предъявляют высокие требования по экологичности, толщине стенок, точности размеров. Основные требования к отливкам, независимо от технологии их изготовления, устанавливает ГОСТ Р 53464-2009.

Литье в ХТС

Другое название технологии — литье в кокиль. Технология похожа на традиционное «земляное литье. Для создания металлического изделия изготавливается кокиль — разборная форма. Но в отличие от устаревшего метода в кокиль заливают не расплав, холодно-твердеющую смесь (ХТС), не требующую предварительного нагрева в печах. В состав ХТС входят отвердители, поэтому залитая смесь набирает нужную прочность на воздухе в течение 10-20 минут. При изготовлении объемных металлических конструкций для ускорения твердения кокиль с залитой ХТС продувают струями воздуха.

После затвердевания ХТС кокиль раскрывается, а готовое изделие извлекается из него и отправляется на обжиг для удаления с поверхности карбидов. Кокиль можно использовать много раз, но его изготовление обходится недешево. Поэтому технология литья ХТС применяется при изготовлении серийных и крупносерийных изделий, у которых соотношение массы кокильной формы к массе самого изделия не превышает 3:1.

Литье ХТС используется для изготовления отливок из чугуна, стали, вольфрамовых, магниевых, алюминиевых сплавов. Технология позволяет получить отливки с гладкой или мелкозернистой поверхностью. По технологии литья ХТС изготавливает 45% металлических изделий и конструкций.

  • отливки 7-го класса точности по ГОСТ Р 53464-2009;
  • высокое качество поверхности;
  • отсутствие газовых дефектов;
  • отсутствие мелких включений и засоров в отливке;
  • высокая герметичность изделий;
  • высокая производительность.

Недостатком технологии считается невозможность литья материалов с невысокими показателями текучести, например, некоторых марок стали.

Литье по газифицируемым моделям

По качеству получаемой отливки, энергозатратам и производительности этот способ считается оптимальным. Технология литья по газифицируемым моделям позволяет изготавливать металлические конструкции без ограничений по массе, объему или линейным размерам. Вместо формы или кокиля в этом случае используются модели из пенополистирола или другого синтетического материала. Перед заливкой металлического расплава модель под давлением 50 кПа обрабатывают мелкофракционной песчаной смесью. Горячий металл при заливке в модели газифицирует пенополистирол и заполняет образующиеся в нем пустоты. Выделяемые в ходе газификации летучие вещества отводятся специальной вакуумной системой. Расплавленный материал заполняет модель и принимает ее форму. Остывание расплава происходит в течение 5-7 минут. Остывшие изделия извлекаются и очищаются от антипригарного покрытия.

Читайте также:  Как продавать металл по телефону

Литье по газифицируемым моделям может использоваться для стали марок: 25Л, 35Л, 45Л, 40Х9С2Л, 30ХНЛ, 35ХМЛ, 40Х24Н12СЛ, 20Х25Н19С2Л, 40Х23Н10СЛ, 110Г13Л и многих других. Способ подходит для литья чугуна марок: ВЧ40, ЧХ16М2, ЧХ28, СЧ15, СЧ18, ЧХ30, сплавов меди, бронзы, алюминия и пр. Точность полученных отливок в зависимости от размеров соответствует 6-10 классу по ГОСТ Р 53464-2009.

  • возможность изготовления деталей массой от 100 г до 10 тонн;
  • низкая энергоемкость и себестоимость;
  • не требуется сложная обработка готовых изделий;
  • минимальная шероховатость поверхности;
  • высокая скорость отливки при низкой трудоемкости.

Литье металла по газифицируемым моделям — высокотехнологичный способ изготовления деталей, которые требуют высокой точности. Именно этот метод литья используют в судостроении, авиастроении.

Литье под давлением

Технология ЛПД используется преимущественно для изготовления мелких и средних тонкостенных деталей для ПК, телефонов, бытовой техники. В России литье под давлением широко применяется в машиностроении, станкостроении. Масса отлитых изделий — от нескольких граммов до 50 кг. Для отливки используются формы из высокомарочной стали. Форма может иметь очень сложную конструкцию, в т. ч. многоступенчатую. Жидкий металл заливается в форму под давлением, которое создает мощное нагнетательное оборудование.

Метод литья под давлением используется для алюминиевых, медных, оловянно-свинцовых сплавов. Температура плавления у этих материалов относительно невысокая, поэтому способ считается высокопроизводительным и малозатратным.

  • низкая металлоемкость, экономный расход металла;
  • высокое качество поверхности;
  • отсутствие финишной обработки изделий.

Точность отливок ЛПД зависит от качества формы, мощности нагнетательного оборудования, физических свойств металла.

Литье по выплавляемым моделям

При использовании этой технологии заливка металла выполняется в формы из парафина или воска, которые помещаются в первичную заготовку. Горячий сплав растворяет парафин и заполняет объем первичной заготовки. Особенность этого метода заключается в том, что полученную конструкцию не нужно извлекать из опоки. Готовые детали имеют высокоточные размеры и идеально ровную поверхность.

Литье в оболочковые формы

Технология применяется для отливки изделий, прочность для которых не важна. Расплав заливается в оболочковую форму из синтетического материала, которая формируется под действием высокого давления и температуры. Оболочка упрочняется металлическим кожухом. Способ используется для отливки деталей простой конфигурации и массой до 25 кг.

Электрошлаковое литье

Инновационная технология, которая только начинает использоваться для массового производства отливок простых форм без особых требований к точности.

Расплав металла при этом способе получают путем воздействия на сырье электродуговыми разрядами высокой мощности. Для плавки железа электродуга не используется: материал плавится под действием тепла, выделяемого шлаком на который действуют разряды.

Центробежное литье

Жидкий металл выливается в форму, которая вращается одновременно в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Под действием центробежных сил металл равномерно распределяется по форме, что обеспечивает тонкостенность и высокое качество. Технология центробежного литья применяется при производстве труб.

Вакуумное литье

Технология применяется для работы с «элитными» металлами, такими как бронза, титан, высокомарочная сталь. Металл расплавляется в условиях вакуума, чтобы не допустить попадания инородных включений. Затем нагнетательным оборудованием расплав подается в форму, которая предварительно также вакуумируется. Изделия, полученные вакуумным литьем, отличаются высокой чистотой, а их масса не превышает 100 кг.

Источник