А) Литье в песчано-глинистые формы

Литейную форму, имеющую полость, в которую заливают расплавленный металл, изготавливают из формовочной смеси по модели. Модель - это приспособление для получения в форме рабочей полости будущей отливки. Модели могут изготавливаться из дерева, пластмассы или металла, размеры их должны быть больше размеров отливок на величину усадки металла и величину припуска для последующей механической обработки.

Формовочные смеси для литейных форм и стержней состоят из кварцевого песка, специальной глины, воды и ряда добавок (льняного масла, канифоли, декстрина, жидкого стекла, деревянных опилок или торфяной крошки), обеспечивающих газопроницаемость и пластичность смеси. При изготовлении формы формовочную смесь, увлажненную и тщательно перемешанную, засыпают в нижнюю опоку, предварительно установив модель отливки. Затем смесь уплотняют вручную различными приспособлениями или на специальных формовочных машинах. После уплотнения смеси модель извлекают из нижней опоки. Аналогичным образом уплотняют смесь и в верхней опоки, предварительно установив в нее, помимо модели отливки, модель литниковой системы, образующую каналы для заливки жидкого металла в полость литейной формы. Литниковая система состоит из литниковой чаши, вертикального стояка, шлакоуловителя, питателя и выпора. Литниковая система должна обеспечивать плавное поступление расплавленного металла в форму и отвод газов из формы.

Затем, установив стержни в форму, производят её сборку: верхнюю опоку устанавливают на нижнюю и фиксируют опоки штырями. В таком виде форма готова к заливке расплавом.

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. Температуру расплавленного металла доводят до температуры заливки, т.е. на 100…150 С выше температуры плавления сплава.

После заливки расплава в литейную форму и его охлаждения, отливки выбивают из формы и очищают от формовочной смеси вручную, на вибрационных решетках или дробеструйных установках. Обрубку элементов литниковой системы выполняют дисковыми фрезами, ленточными пилами, на обрезных прессах, газопламенными или плазменными резаками. Зачистку отливок от заусенцев и заливов выполняют абразивными кругами.

Перед отправкой в механические цехи стальные отливки обязательно подвергаются термической обработке – отжигу или нормализации – для снятия внутренних напряжений и измельчения зерна металла. В отдельных случаях термической обработке подвергаются отливки и из других сплавов.

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, литьё в песчано-глинистые формы обеспечивает малую точность размеров и большую шероховатость поверхности.

Б) Специальные способы литья

Специальные способы литья по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует: уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повышению механических свойств отливок и уменьшению потерь от брака; значительному снижению или исключению расхода формовочных материалов; сокращению производственных площадей; улучшению санитарно-гигиенических условий и повышению производительности труда.

К ним относят литьё: в постоянные металлические формы (кокиль); центробежное; под давлением; в тонкостенные разовые формы; по выплавляемым моделям; корковое или оболочковое; электрошлаковое литьё.

Литье в оболочковые формы.При этом способе литья применяют специальные оболочковые формы, изготавливаемые из кварцевого песка (92…95 %) и термореактивной синтетической смолы (5…8 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100…120 С (горячий способ), в результате чего смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Затем смесь дополнительно дробиться до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер.

Изготовление оболочковых форм производят следующим образом. Металлическую модель, нагретую до 200…300 С, покрывают слоем теплостойкой смазки (силиконовая жидкость) и помещают в бункер, затем засыпают формовочной смесью и выдерживают 10…30 с. За это время происходит предварительное спекание оболочки на модели. Потом с модели удаляют излишки сыпучей формовочной смеси и вместе с оболочкой выдерживают в печи 1…3 мин. при температуре 300…375 С. При этом происходит окончательное спекание оболочки толщиной 7…15 мм. После охлаждения, благодаря разделительному слою теплостойкой смазки, оболочка легко снимается с модели. Выполненные таким образом отдельные части формы и литниковую систему собирают, склеивая по плоскостям разъемов и скрепляя скобами или струбцинами. Изготовление и сборка оболочковых форм легко механизируется и автоматизируется.

В отличие от литья в песчано-глинистые формы литье в оболочковые формы обеспечивает большую точность размеров и меньшую шероховатость. Припуск на механическую обработку составляет 0,5…3 мм. Однако ограниченная масса отливок (до 250…300 кг) и более сложная технологическая оснастка являются недостатками этого способа литья. Поэтому литье в оболочковые формы используют в серийном и массовом производстве отливок малых и средних размеров.

Литье по выплавляемым моделям.Процесс получения отливок заключается в следующем. В пресс-форме из легкоплавкой смеси стеарина (50 %) и парафина (50 %) отливают модель отливки и элементов литниковой системы. Температура прессования смеси 42…45 С. Модель и литниковую систему собирают в блок, покрывают керамической оболочкой (толщиной 2…8 мм). Керамическое покрытие состоит из 60…70 % пылевидного кварца или тонко измельченного кварцевого песка и 30…40 % связующего вещества (раствор этилсиликата). Затем из керамической литейной формы водой, паром или горячим воздухом выплавляют модель. Освобожденные от модели формы помещают в опоки с песком, уплотняют и прокаливают при 900…950 С в течение 3…5 ч. При этом происходит выгорание остатков модельного состава и отжиг керамической формы. После прокаливания готовые формы 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).

Недостатки – стоимость отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготавливаемых другими способами литья.

Литье в металлические формы.Металлические литейные формы (кокили) изготавливают разъёмными и неразъёмными в основном из стали и чугуна. Для получения сложных полостей используют металлические и песчаные стержни.

Процесс литья в кокиль включает следующие операции: очистку кокиля, нанесение на его внутреннюю поверхность огнеупорной обмазки (из кварца, графита, асбеста и жидкого стекла), нагрев кокиля до 150…450 С, заливку расплавленного метала. Нанесение огнеупорной обмазки обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облечение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. После затвердевания отливку извлекают из кокиля при помощи выталкивателя.

Преимуществами литья в кокиль по сравнению с литьем в разовые песчано-глинистые формы являются: получение отливок более точных размеров и форм; мелкозернистой структуры металла и соответственно с лучшими физико-механическими свойствами; обеспечение высокой производительности труда; более низкой стоимости отливок; улучшения условий труда литейщика.

Недостатки способа - высокая стоимость кикилей; низкая газопроницаемость и податливость металлической формы, приводящая к образованию газовых раковин и трещин в отливках; быстрое охлаждение металла затрудняет получение отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением. Сущность процесса литья заключается в том, что расплавленный металл заполняет пресс-форму под давлением поршня. После затвердевания металла форма раскрывается и отливка извлекается.

Перед началом работы пресс-форму подогревают до 150…400 С в зависимости от заливаемого сплава и смазывают смазкой на основе минеральных масел с графитом.

Производительность поршневых машин достигает 500 отливок в час. 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.

Центробежный способ литья – высокопроизводительный способ изготовления полых отливок типа тел вращения (втулок, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и удаляются при дальнейшей механической обработке. После охлаждения готовая отливка с помощью специальных приспособлений извлекается из формы.

Отливки получаются точной конфигурации, с малой шероховатостью поверхностей и имеют плотную мелкозернистую структуру металла.

Как и при кокильном литье, металлические формы перед заливкой жидкого металла подогреваются и на них наносятся защитные покрытия.

Центробежное литьё высокопроизводительно (за 1 ч. можно отлить 40…50 чугунных труб диаметром 200…300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (например, стали и бронзы), по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20…60 %.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования, ограниченность номенклатуры отливок.

Непрерывное литьё - это способ получения протяжных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи расплава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки. В зависимости от направления вытягивания различают вертикальное и горизонтальное непрерывное литье. Вертикальное литье обычно применяют для получения слитков и труб.

Схема горизонтального литья. Кристаллизатор 2, установленный в металлоприемник 1, изготавливается из меди, графита и, реже, стали. Он имеет внутреннюю полость, профиль которой соответствует поперечному сечению отливки. На выходной части кристаллизатора устанавливается рубашка водяного охлаждения 3. Слиток 6 вытягивается из кристаллизатора тянущими роликами 5 и разделяется на мерные куски с помощью пилы 7 или плазменной резки. Центральная часть слитка после его выхода из кристаллизатора остается жидкой, в связи с чем с целью ускорения затвердевания и исключения прорыва расплава через оболочку твердого металла устанавливается душевое устройство для охлаждения водой 4.

Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сечения в виде круга, полосы или более сложного профиля. Недостатком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, связанная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.

Литье вакуумным всасыванием - этим методом получают отливки типа втулок, колец, заготовок зубчатых колес, гильз и т.д. На поверхности расплава, находящегося в металлоприемнике 3, помещают плоское кольцо из огнеупорного материала 2, на которое сверху опускается металлическая водоохлаждаемая форма - кристаллизатор 1. Внутри формы насосом создается разряжение и расплавленный металл 4 втягивается в форму. Снимая разряжение в форме, можно удалять из неё расплав и получать полые отливки. За счет направленной кристаллизации от поверхности к центру и подпитки затвердевающей отливки из металлоприемника удается получить плотную отливку без усадочных дефектов и газовой пористости. Особенностью этого процесса является высокий выход годного металла, так как отсутствует необходимость в литниковой системе и прибылях.

Дефекты отливок- обусловлены неправильной конструкцией отливок, нарушением технологии литья или ошибками при её разработке. К основным дефектам относят раковины, трещины, дефекты поверхности и несоответствие конфигурации и размеров требованиям чертежа.