Литье стальное и чугунное литье
МЕТАЛЛОВ ЛИТЬЕ, получение металлических изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в литейную форму. Рабочая часть литейной формы представляет собой полость, в которой материал, затвердевая при охлаждении, приобретает конфигурацию и размеры нужного изделия.
МЕТАЛЛЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ
Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью – способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали. Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы – это сталь, ковкий чугун и литейный чугун. К цветным относятся все другие металлы, не содержащие в значительных количествах железа. Для литья применяются, в частности, сплавы на основе меди, никеля, алюминия, магния, свинца и цинка.
См. также МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ; СПЛАВЫ.
Черные металлы.
Стали.
Различают пять классов сталей для промышленного литья: 1) малоуглеродистые (с содержанием углерода менее 0,2%); 2) среднеуглеродистые (0,2–0,5% углерода); 3) высокоуглеродистые (более 0,5% углерода); 4) низколегированные (менее 8% легирующих элементов) и 5) высоколегированные (более 8% легирующих элементов). На среднеуглеродистые стали приходится основная масса отливок из черных металлов; такие отливки представляют собой, как правило, промышленную продукцию стандартизованной сортности. Различные виды легированных сталей разработаны для достижения высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, теплостойкости и усталостной прочности. Литые стали по своим свойствам близки к кованой стали. Предел прочности такой стали при растяжении составляет от 400 до 1500 МПа. Масса отливок может изменяться в широком диапазоне – от 100 г до 200 т и более, толщина в сечении – от 5 мм до 1,5 м. Длина отливки может превышать 30 м. Сталь – универсальный материал для литья. Благодаря своей высокой прочности и пластичности она представляет собой превосходный материал для машиностроения.
Ковкий чугун.
Существуют два основных класса ковкого чугуна: обычного качества и перлитный. Делают отливки также из некоторых легированных ковких чугунов. Предел прочности при растяжении ковкого чугуна составляет 250–550 МПа. Благодаря своей усталостной прочности, высокой жесткости и хорошей обрабатываемости он идеален для станкостроения и многих других массовых производств. Масса отливок составляет от 100 г до нескольких сот килограммов, толщина в сечении обычно не более 5 см.
Литейный чугун.
К литейным чугунам относят широкий диапазон сплавов железа с углеродом и кремнием, содержащих 2–4% углерода. Для литья применяются четыре основных вида литейного чугуна: серый, белый, отбеленный и половинчатый. Предел прочности при растяжении литейного чугуна составляет 140–420 МПа, а некоторых легированных литейных чугунов – до 550 МПа. Для литейного чугуна характерны низкая пластичность и низкая ударная прочность; у конструкторов он считается хрупким материалом. Масса отливок – от 100 г до нескольких тонн. Отливки из литейного чугуна применяются практически во всех отраслях промышленности. Их себестоимость невелика, и они легко обрабатываются резанием.
Чугун с шаровидным графитом.
Шаровидные включения графита придают чугуну пластичность и другие свойства, выгодно отличающие его от серого чугуна. Шаровидность включений графита достигается путем обработки чугуна магнием или церием непосредственно перед литьем. Предел прочности при растяжении чугуна с шаровидным графитом составляет 400–850 МПа, пластичность – от 20 до 1%. Правда, для чугуна с шаровидным графитом характерна низкая ударная прочность образца с надрезом. Отливки могут иметь как большую, так и малую толщину в сечении, масса – от 0,5 кг до нескольких тонн.
Цветные металлы.
Медь, латунь и бронза.
Существует много различных сплавов на основе меди, пригодных для литья. Медь применяется в тех случаях, когда необходима высокая тепло- и электропроводность. Латунь (сплав меди с цинком) используется, когда желателен недорогостоящий, умеренно коррозионностойкий материал для изготовления разнообразных изделий общего назначения. Предел прочности при растяжении литой латуни составляет 180–300 МПа. Бронза (сплав меди с оловом, к которому могут добавляться цинк и никель) применяется в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Предел прочности при растяжении литых бронз составляет 250–850 МПа.
Никель.
Медно-никелевые сплавы (типа монель-металла) обладают высокой коррозионной стойкостью. Для сплавов никеля с хромом (типа инконеля и нихрома) характерно высокое тепловое сопротивление. Молибдено-никелевые сплавы отличаются высокой стойкостью к соляной кислоте и окисляющим кислотам при повышенных температурах.
Алюминий.
Литые изделия из алюминиевых сплавов в последнее время применяются все шире благодаря их легкости и прочности. Такие сплавы обладают довольно высокой коррозионной стойкостью, хорошей тепло- и электропроводностью. Прочность на растяжение литых алюминиевых сплавов находится в пределах от 150 до 350 МПа.
Магний.
Магниевые сплавы применяются там, где на первом месте стоит требование легкости. Предел прочности при растяжении литых магниевых сплавов составляет 170–260 МПа.
Титан.
Титан – прочный и легкий материал – плавится в вакууме и отливается в графитовые формы. Дело том, что в процессе охлаждения поверхность титана может загрязняться вследствие реакции с материалом формы. Поэтому титан, отлитый в какие-либо другие формы, кроме форм из механически обработанного и прессованного порошкового графита, оказывается сильно загрязненным с поверхности, что проявляется в повышенной твердости и низкой пластичности при изгибе. Титановое литье применяется главным образом в авиакосмической промышленности. Прочность на растяжение литого титана – свыше 1000 МПа при относительном удлинении 5%.
Редкие и драгоценные металлы.
Отливки из золота, серебра, платины и редких металлов применяются в ювелирном деле, зубоврачебной технике (коронки, пломбы), литьем изготавливаются также некоторые детали электронных компонентов.
СПОСОБЫ ЛИТЬЯ
Основные способы литья таковы: статическая заливка, литье под давлением, центробежное литье и вакуумная заливка.
Статическая заливка.
Чаще всего применяется статическая заливка, т.е. заливка в неподвижную форму. При таком способе расплавленный металл (или неметалл – пластмасса, стекло, керамическая суспензия) просто заливается в полость неподвижной формы до ее заполнения и выдерживается до затвердевания.
Литье под давлением.
Литейная машина заполняет металлическую (стальную) литейную форму (которая обычно называется пресс-формой и может быть многогнездной) расплавленным металлом под давлением от 7 до 700 МПа. Преимущества такого метода – высокая производительность, высокое качество поверхности, точные размеры литого изделия и минимальная потребность в его механической обработке. Типичные металлы для литья под давлением – сплавы на основе цинка, алюминия, меди и олова-свинца. Благодаря низкой температуре плавления такие сплавы весьма технологичны и позволяют обеспечить малые допуски на размеры и превосходные характеристики отливок.
Сложность конфигурации отливок в случае литья под давлением ограничивается тем, что при отделении от пресс-формы отливка может быть повреждена. Кроме того, несколько ограничена толщина изделий; более предпочтительны изделия тонкого сечения, в котором расплав быстро и равномерно затвердевает.
Литейные машины для литья под давлением бывают двух типов – с холодной и горячей камерой прессования. Машины с горячей камерой прессования применяются в основном для сплавов на основе цинка. Горячая камера прессования погружена в расплавленный металл; под небольшим давлением сжатого воздуха или под действием поршня жидкий металл вытесняется из горячей камеры прессования в пресс-форму. В литейных машинах с холодной камерой прессования расплавленный алюминиевый, магниевый или медный сплав заполняет пресс-форму под давлением от 35 до 700 МПа.
Отливки, полученные литьем под давлением, применяются во многих бытовых приборах (пылесосах, стиральных машинах, телефонных аппаратах, светильниках, пишущих машинках) и очень широко – в автомобильной промышленности и в производстве компьютеров. Отливки могут быть массой от нескольких десятков граммов до 50 кг и более.
Центробежное литье.
При центробежном литье расплавленный металл заливается в песочную или металлическую литейную форму, вращающуюся вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Под действием центробежных сил металл отбрасывается от центрального литника к периферии формы, заполняя ее полости, и затвердевает, образуя отливку. Центробежное литье экономично и для некоторых видов изделий (осесимметричных типа труб, колец, обечаек и т.д.) более подходит, нежели статическая заливка.
Вакуумная заливка.
Такие металлы, как титан, легированные стали и жаропрочные сплавы, плавятся в вакууме и заливаются в многократные формы, например графитовые, помещенные в вакуум. При этом методе значительно снижается содержание газов в металле. Слитки и отливки, получаемые вакуумной заливкой, весят не более нескольких сот килограммов. В редких случаях большие количества стали (100 т и более), выплавленной по обычной технологии, разливают в вакуумной камере в установленные в ней изложницы или литейные ковши для дальнейшего литья на воздухе. Металлургические вакуумные камеры больших размеров откачиваются многонасосными системами. Получаемая таким методом сталь используется для изготовления специальных изделий ковкой или литьем; этот процесс называется вакуумной дегазацией.
ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ
Литейные формы делятся на многократные и разовые (песочные). Многократные формы бывают металлические (изложницы и кокили), либо графитовые или керамические огнеупорные.
Многократные формы.
Металлические формы (изложницы и кокили) для стали делают обычно из чугуна, иногда – из жаростойкой стали. Для литья цветных металлов, таких, как латунь, цинк и алюминий, пользуются чугунными, медными и латунными формами.
Изложницы.
Это наиболее распространенный вид многократных литейных форм. Чаще всего изложницы делают из чугуна и применяют для получения стальных слитков на начальном этапе производства кованой или катаной стали. Изложницы относятся к открытым литейным формам, поскольку металл заполняет их сверху самотеком. Применяются также «сквозные» изложницы, открытые и сверху, и снизу. Высота изложниц может составлять 1–4,5 м, диаметр – от 0,3 до 3 м. Толщина стенки отливки зависит от размеров изложницы. Конфигурация может быть разной – от круглой до прямоугольной. Полость изложницы несколько расширяется кверху, что необходимо для извлечения слитка.
Готовая к заливке изложница располагается на толстой чугунной плите. Как правило, изложницы заполняются сверху. Стенки полости изложницы должны быть гладкими и чистыми; при заливке нужно следить за тем, чтобы металл не расплескивался и не разбрызгивался на стенки. Залитый металл затвердевает в изложнице, после чего слиток вынимают («раздевают слиток»). После остывания изложницы ее чистят изнутри, опрыскивают формовочной краской и используют снова. Одна изложница позволяет получить 70–100 слитков. Для дальнейшей обработки ковкой или прокаткой слиток нагревают до высокой температуры.
Кокили.
Это закрытые металлические литейные формы с внутренней полостью, соответствующей конфигурации изделия, и литниковой (заливочной) системой, которые выполняются путем механической обработки в чугунном, бронзовом, алюминиевом или стальном блоке. Кокиль состоит из двух или большего числа деталей, после соединения которых остается лишь небольшое отверстие сверху для заливки расплавленного металла. Для формования внутренних полостей в кокиль закладываются гипсовые, песочные, стеклянные, металлические или керамические «стержни». Литьем в кокиль получают отливки из сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца.
Литье в кокиль применяется лишь в тех случаях, когда требуется получить не менее 1000 отливок. Ресурс кокиля достигает нескольких сотен тысяч отливок. Кокиль идет в скрап, когда (из-за постепенного выгорания от расплавленного металла) начинает недопустимо снижаться качество поверхности отливок и перестают выдерживаться расчетные допуски на их размеры.
Графитовые и огнеупорные формы.
Такие формы состоят из двух или большего числа деталей, при соединении которых образуется требуемая полость. Форма может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную поверхность разъема либо разбираться на отдельные блоки; это облегчает извлечение отливки. После извлечения форму можно собрать и использовать снова. Графитовые формы допускают сотни отливок, керамические – лишь несколько.
Графитовые многократные формы можно изготовить путем механической обработки графита, а керамические легко формуются, так что они значительно дешевле металлических форм. Графитовые и огнеупорные формы могут использоваться для повторного литья в случае неудовлетворительных отливок, полученных литьем в кокиль.
Огнеупорные формы делают из фарфоровой глины (каолина) и других высокоогнеупорных материалов. При этом используются модели из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразный или гранулированный огнеупор замешивают с глиной на воде, полученную смесь формуют и заготовку литейной формы обжигают так же, как кирпичи или посуду.
Разовые формы.
На песочные литейные формы налагается гораздо меньше всяческих ограничений, нежели на любые другие. Они пригодны для получения отливок любых размеров, любой конфигурации, из любого сплава; они наименее требовательны к конструкции изделия. Песочные формы изготавливают из пластичного огнеупорного материала (обычно кремнистого песка), придавая ему нужную конфигурацию, чтобы залитый металл по затвердевании сохранил эту конфигурацию и мог быть отделен от формы.
Формовочную смесь получают, замешивая на воде в специальной машине песок с глиной и органическими связующими.
При изготовлении песчаной формы в ней предусматривают верхнее литниковое отверстие с «чашей» для заливки металла и внутреннюю литниковую систему каналов для питания отливки расплавленным металлом в процессе затвердевания, так как иначе из-за усадки при затвердевании (свойственной большинству металлов) в отливке могут образовываться пустоты (усадочные раковины).
Оболочковые формы.
Такие формы бывают двух типов: из материала с низкой температурой плавления (гипс) и из материала с высокой температурой плавления (на основе тонкого порошка диоксида кремния). Гипсовую оболочковую форму изготавливают, замешивая на воде гипсовый материал с крепителем (быстроотверждающимся полимером) до тонкой консистенции и облицовывая такой смесью модель отливки. После того как материал формы затвердеет, ее разрезают, обрабатывают и сушат, а затем «спаривают» две полуформы и заливают. Такой способ литья пригоден только для цветных металлов.
Литье по восковым выплавляемым моделям.
Такой метод литья применяется для драгоценных металлов, стали и других сплавов с высокой температурой плавления. Сначала изготавливают пресс-форму, соответствующую отливаемой детали. Ее обычно выполняют из легкоплавкого металла или (механической обработкой) из латуни. Затем, заполняя пресс-форму парафином, пластмассой или ртутью (после этого замораживаемой), получают модель для одной отливки. Модель облицовывают огнеупорным материалом. Материал оболочковой формы получают из тонкого порошка огнеупора (например, пудры диоксида кремния) и жидкого связующего. Слой огнеупорной облицовки уплотняют вибрацией. После того как он затвердеет, форму нагревают, парафиновая или пластмассовая модель расплавляется и жидкость вытекает из формы. Затем форму обжигают для удаления газов и в нагретом состоянии заливают жидким металлом, который поступает самотеком, под давлением сжатого воздуха или под действием центробежных сил (в машине для центробежного литья).
Керамические формы.
Керамические формы изготавливаются из фарфоровой глины, силлиманита, муллита (алюмосиликаты) или других высокоогнеупорных материалов. При изготовлении таких форм обычно пользуются моделями из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразные или гранулированные огнеупорные материалы смешивают с жидким связующим (этилсиликатом) до студнеподобной консистенции. Только что изготовленная форма пластична, так что модель можно извлечь из нее, не повредив полость формы. Затем форму обжигают при высокой температуре и заливают расплавом нужного металла – стали, твердого хрупкого сплава, сплава на основе редких металлов и пр. Такой метод позволяет изготавливать формы любых типов и пригоден как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства.
См. также КЕРАМИКА ПРОМЫШЛЕННАЯ.
Юдкин В.С. Производство и литье сплавов цветных металлов. М., 1967–1971
Бауман Б.В. и др. Литейное производство. М., 1971
Степанов Ю.А. и др. Технология литейного производства. М., 1983
Cтальное и чугунное литье
Отливки из чугуна — одно из направлений деятельности ООО «Калужского опытно-механического завода». Детали изготавливаются как по стандартным параметрам, так и по образцам/чертежам заказчика. По необходимости инженеры разработают и изготовят модельную оснастку. В производстве используются технологии ПГС и ХТС — литье в песчано-глинистые и холодно-твердеющие смеси соответственно. С учетом назначения, в производстве используются разные марки чугуна — серый, высокопрочный, легированный, жаростойкий, антифрикционный.
Где используются чугунные отливки
Выплавку чугуна в доменной печи заказывают для разных отраслей деятельности, в том числе в декоративных целях. Данный способом изготавливают маховики, станины, корпусы, рамы, тормозные барабаны, диски сцепления. В тяжелом машиностроении из чугуна делают редукторы, зубчатые колеса, тормозные колодки, гидроцилиндры. В автомобилестроении — ступицы и шестерни, грузы погрузчиков, корпусные элементы механизмов. Для печей производятся корпусы и заслонки, поддоны и дверцы. Для сферы ЖКХ можно заказать решетки водостоков, дорожные люки, ливневые воронки, скамьи и многое другое.
Преимущества заказа чугунного литья на заводе
Своевременно реагируя на заказы, литьем чугуна по чертежам заказчика мы занимаемся ответственно, с учетом действующих стандартов. По сравнению с другими материалами, чугун относительно недорогой, но достаточно прочный и долговечный. Он хорошо поддается обработке, отличается высокой огнестойкостью и стабильной усадкой.
Технологии стального литья
Заказывая на заводе выплавку стали в электропечи, можно предоставить собственные чертежи или выбрать стандартные параметры отливок. Литье осуществляется в ПГС и ХТС. В производстве используются разные стальные сплавы с учетом технического задания заказчика. Это может быть конструкционная или нержавеющая, жаропрочная и износостойкая сталь. Габаритные размеры и массу отливок, а также конкретные марки стали можно уточнить у консультантов.
Где используются стальные отливки
Масса стальных отливок варьируется от нескольких граммов до десятков тонн, конфигурация бывает простой и сложной. Стальные детали достаточно прочные и пластичные, долго служат. В машиностроении масса стальных отливок может составлять до 60 % от массы машины (тепловозы и пр.). В энергетической отрасли востребованы колеса для турбин, масса которых около 85 т. Из особо прочных сталей изготавливают траки гусеничного транспорта, режущие части экскаваторов, землеройных машин, а также стрелы для трамваев и железнодорожного транспорта.
Преимущества заказа стальных отливок на заводе
Заводские стальные отливки более прочные по сравнению с чугуном, поэтому их применяют для изготовления ответственных элементов машин. Изделия из стали долговечные, прочные и выносливые к перепадам температур. Отливки из стали по механическим свойствам не уступают кованым изделиям, но по стоимости гораздо дешевле.
Различия между чугуном и литой сталью
Одним из самых популярных способов изготовления долговечных и качественных компонентов является литье. Отливка обеспечивает высокий уровень детализации, что не требует дополнительного изготовления или сборки. В то время как многие различные материалы могут быть отлиты, сталь и железо являются двумя наиболее популярными из-за их превосходных механических свойств для широкого спектра применений.
Литейный чугун обычно относится к серому железу, ковкому чугуну и ковкому железу. Это чугунное литье с содержанием углерода более 2%.
Литая сталь обычно относится к обычной углеродистой стали и легированной стали. Которая представляет собой стальное литье с содержанием углерода ниже 2%.
Таким образом, нет большой разницы от химического состава и сырья для чугуна и литой стали.
Устойчивость к коррозии
Когда дело доходит до коррозии, железо имеет лучшую коррозионную стойкость, чем сталь. Это не значит, что либо непроницаем для коррозии. Если оставить их незащищенными, оба металла будут окисляться в присутствии влаги. В конце концов, они будут полностью разлагаться. Чтобы предотвратить это, покрытие рекомендуется как для стальных, так и для чугунных отливок.
Стоимость
Чугун часто дешевле, чем литая сталь, из-за более низких материальных затрат, энергии и труда, необходимых для производства конечного продукта. Хотя необработанная сталь является более дорогой, существуют, однако, сборные формы стали. К ним относятся листы, стержни, прутки, трубы и балки.
Литейные свойства
Чугун относительно легко лить, так как он легко разливается и не дает усадки так же сильно, как сталь. Эта текучесть делает чугун идеальным металлом для архитектурных или декоративных металлоконструкций, таких как ограждения и уличная мебель.
Преимущества и недостатки чугуна
Хорошие литейные свойства серого чугуна: хорошее гашение вибрации, хорошая износостойкость, хорошая обрабатываемость и низкая чувствительность к надрезам. Однако его прочность на растяжение и относительное удлинение очень низкие. Таким образом, он может производить только некоторые металлические детали с низкими физическими требованиями. Требования, такие как защитная крышка, крышка, поддон картера, штурвалы, рама, пол, молоток, небольшая ручка, основание, коробка, нож, кровать, опора подшипника, стол, колеса, насос, клапан, труба, маховик, моторные блоки и т. д. Что касается более высоких марок, серый чугун может выдерживать большую нагрузку и определенную степень герметичности или коррозионной стойкости. Это позволяет использовать некоторые наиболее важные отливки, такие как цилиндр, шестерня, основание, маховики, станина, блок цилиндров, гильза цилиндра, поршень, коробка передач, тормозное колесо, соединительная пластина, клапан среднего давления и т. д.
Ковкий чугун имеет высокую прочность, пластичность, жаропрочность и ударную вязкость. Поэтому более широкое применение в некоторых случаях может заменить углеродистую сталь. Однако технология его производства высока. Производственный процесс является более сложным. Это делает стоимость производства выше, чем обычный серый чугун и литая сталь. Следовательно, существует больше дефектов литья для ковкого чугуна. Есть много областей, в которых используется ковкий чугун, таких как напорные трубы и фитинги, автомобильные приложения, сельское хозяйство, дорожные и строительные приложения и общие инженерные приложения.
Преимущества и недостатки литой стали
Основным преимуществом литой стали является гибкость конструкции. Конструктор литья имеет наибольшую свободу выбора дизайна. Это учитывает сложные формы и полые части поперечного сечения.
Литая сталь обладает гибкостью металлургического производства и наибольшей вариативностью. Можно выбрать другой химический состав и контроль, который адаптирован к различным требованиям различных проектов. Это предлагает различные варианты термообработки в более широком контексте механических свойств и производительности. Также предлагает хорошую сварочную способность и обрабатываемость.
Литая сталь является своего рода изотропным материалом и может быть внесена в общую конструкционную прочность стальных отливок. Это повышает надежность проекта. В сочетании с дизайном и весом преимущества короткого срока поставки, цены и экономичности дают литейной стали конкурентное преимущество.
Диапазон веса стальных отливок больше. Небольшой вес может составлять всего несколько десятков граммов прецизионных отливок. Вес больших стальных отливок достигает нескольких тонн, десятков тонн или сотен тонн.
Стальные отливки могут быть использованы для различных рабочих условий. Его механические свойства превосходят любые другие литейные сплавы, а также различные высоколегированные стали специального назначения. Чтобы выдерживать высокое растягивающее напряжение или динамическую нагрузку на компоненты, важно учитывать отливки из сосудов под давлением. При низкой или высокой температуре крупные и важные детали ключа нагрузки должны отдавать приоритет стальным отливкам.
Тем не менее, литая сталь имеет сравнительно плохое сопротивление всасыванию, износостойкость и подвижность. Производительность литья по сравнению с чугуном плохая. Также затраты выше, чем у обычного чугуна.
Поэтому для чугуна и литой стали у них есть свои преимущества и недостатки. Любой из них должен быть выбран в соответствии с применением и их физическими свойствами.
Производство стального и чугунного литья
АО «Сухоложское Литье» специализируется на производстве литых изделий из чугуна, углеродистых, низко- и высоколегированных сталей.
На предприятии проходит полный цикл производства литых деталей начиная с проектирования и изготовления модельной оснастки, получения готовых отливок, их термической и механической обработкой.
В процессе производства используется технология литья в холодно-твердеющие смеси. Это простая и надежная технология, в сравнении с другими методами производства литья, она обладает большими преимуществами:
- точность литья (отливка выполняется с меньшими припусками, что снижает затраты на механическую обработку, уменьшает вес литья);
- высокое качество поверхности отливки (отсутствие раковин, более гладкая и ровная поверхность);
- отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке.
Плавильные печи
Печной агрегат ДППТУ-6АГ состоящий из двух универсальных дуговых плавильных печей постоянного тока вместимостью 6 тонн каждая и комплекта силового оборудования с микропроцессорным комплексом технических средств, для управления энерготехнологическим режимом плавки
Индукционная плавильная система средней частоты EGES (Турция). Состоит из двух плавильных агрегатов, подключенных к одной силовой установке. Такая комплектация позволила существенно снизить затраты на электроэнергию, кроме того, скорость плавления на таком агрегате в два раза выше по сравнению с печью промышленной частоты, а также можно совмещать два режима: плавление и выдержку
Смесеприготовительное и формовочное оборудование
Современная автоматическая формовочная линия, изготовленная по последнему слову техники компании GUT;
Современная полуавтоматическая линия для производства стержней. Система формовки работает как на хромитовом так и на кварцевом песке. Обеспечивает соблюдение технологического процесса изготовления литья заданных параметров;
4 смесителя непрерывного действия компании FTL Foundry Equipment производства Англия, обеспечивающие требуемые показатели производительности холодно-твердеющей смеси;
Современная система регенерации отработанных смесей (производство IMF Италия), целью которой является экономия формовочных смесей хромита и кварцевого песка с системой разделения дорогостоящего (хромитового) песка производства ЮАР.
Оборудование термической обработки
Четыре газовые печи с выкатным подом для термообработки стального, чугунного и марганцовистого литья, позволяют получить требуемые прочностные свойства изделий. На печах установлены горелки фирмы Kromschröder с автоматической системой управления компании Siemens, позволяющая вести контроль температурного режима по 6 зонам.
Контроль качест ва
Лаборатория контроля химического анализа металла в процессе ведения плавки, осуществляется с помощью современного спектрального аппарата Spectromaxx (производство Германия). Позволяет точно контролировать химический состав изготавливаемого литья и следить за вредными примесями в металле, такими как сера и фосфор.
Литье. Виды, способы и технологии литья на производстве
Технологические особенности, преимущества и недостатки различных методов литья определяют область применения каждого из них.
Общим для них является то, что все они относятся к прогрессивным материало-, энерго- и трудосберегающим технологическим процессам, позволяющим получать отливки с конфигурацией, размерами и чистотой поверхности более высокими, чем в случае применения разовых форм.
Экономичность применения этих методов растет с увеличением числа отливок в партии, т. е. с переходом от мелкосерийного производства к массовому.
Рис. 1. Способы литья
Литье в постоянные формы
К методам литья в постоянные формы можно отнести кокильное литье, литье под давлением, центробежное, непрерывное литье, литье вакуумным всасыванием, выжиманием, методом жидкой прокатки, намораживанием, электрошлаковое литье.
Особенностью данных методов литья является многократное использование форм, как правило, металлических.
1. Кокильное литье
Кокиль представляет собой металлическую литейную форму из чугуна, стали или, реже, цветных сплавов, в полость которой расплав подается под действием силы тяжести (рис. 2).
Рис. 2. Конструкции кокилей: а – разъемного; б – вытряхного
В отличие от разовой песчано-глинистой формы металлическая используется многократно.
При изготовлении полых отливок из черных сплавов используют разовые стержни, для цветных сплавов возможно применение металлических стержней, которые извлекают из отливки после образования прочной корки твердого металла на ее поверхности.
Производство отливок в кокилях имеет свои технологические особенности.
Первой из них является окраска рабочей поверхности и литниковых каналов формы специальными красками, которые снижают перепад температур по сечению формы, предохраняют ее от термических ударов, размывающего действия струи заливаемого расплава и, следовательно, увеличивают срок ее службы.
Вторая особенность технологического процесса заключается в том, что для создания идентичных условий затвердевания отливок в течение всей смены кокиль перед употреблением подогревают до определенной температуры. При заливке чугуна это уменьшает опасность появления «отбела» (структуры ледебурита) в поверхностных слоях отливки.
Третья особенность – неподатливость и негазопроницаемость формы, что требует увеличить уклоны на поверхностях отливки, перпендикулярных плоскости разъема формы, применять раннюю выбивку отливок и устанавливать винты или изготавливать каналы по разъему формы для удаления воздуха из карманов.
Интенсивный теплообмен между затвердевающей отливкой и формой (четвертая особенность) обеспечивает плотную мелкозернистую структуру в отливках, что во всех случаях желательно для цветных сплавов, но не всегда полезно для черных.
Быстрое затвердевание стальных отливок затрудняет удаление газов, скапливающихся перед фронтом кристаллизации, что приводит к их захвату твердой коркой и образованию в ней поверхностной газовой пористости. Быстрое затвердевание чугунных отливок обусловливает «отбел» и аномальные формы графита в поверхностном слое.
Трудоемкость изготовления отливок в кокилях меньше, чем при литье в разовые формы, качество поверхности и точность размеров выше, припуски на обработку меньше, а условия труда лучше.
Масса отливок не лимитирована (от 0,5 кг до 15 т).
В кокилях можно получить такие массивные отливки, как прокатные валки, шаботы молотов, станины прокатных станов, изложницы и т. д.
Стойкость кокилей зависит от материала самого кокиля, типа заливаемого металла, массы получаемых отливок, толщины покрытия на рабочей поверхности и колеблется от нескольких наливов (при заливке стальных слитков в изложницу) до десятков тысяч (при производстве мелких алюминиевых отливок в стальной кокиль).
Разновидностью кокильного литья является литье в облицованный кокиль, или двухслойную форму (рис. 3).
При этом сам кокиль изготавливают из стали или чугуна отливкой в разовую форму. Его рабочая полость, с небольшой степенью точности повторяющая конфигурацию отливки, облицовывается слоем плакированной песчаной смеси, отвердевающей при нагреве.
Рабочий процесс изготовления двухслойной формы приведен на рис. 3.
Рис. 3. Схема литья в облицованный кокиль: а – раскрытая; б – ввод модели; в – сборка формы и задув смеси; г – раскрытая форма; д – извлечение модели; в – сборка и заливка формы
Раскрытая форма, состоящая из двух полуформ, и неподвижные центровые стержни 2 показаны на рис. 3. Долговечность облицованных форм выше, чем окрашенных, и, что особенно важно, при заливке в них чугуна удается избежать «отбела» в углах и тонких сечениях отливок.
Устранить «отбел» за счет самоотжига удается и при литье в кокиль с регулируемым зазором.
От обычного такой кокиль отличается тем, что он выполняется секционным и каждая из секций может быть отодвинута от отливки на некоторое расстояние (рис. 3).
Если отделение кокиля от отливки, следствием чего является резкое замедление скорости охлаждения, происходит сразу после образования корочки затвердевающего металла на поверхности отливки, то корочка разогревается теплом внутренних слоев.
Это приводит к разложению цементита, образовавшегося в поверхностных слоях чугунных отливок.
2. Литье под давлением
Процесс литья под давлением заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины с последующей перегонкой его через литниковую систему в полость формы (рис. 4).
Рис. 4. Схемы машин для литья под давлением: а – с горизонтальной камерой прессования; б – с горячей вертикальной камерой; в – с холодной вертикальной камерой; г – компрессорная; д – под низким давлением
Машины для литья под давлением имеют или горячую, или холодную камеру прессования.
Из этих схем следует, что давление на расплавленный металл при заполнении им металлической формы 1 может передаваться от поршня или за счет сжатого воздуха.
В свою очередь, поршневые машины могут иметь горизонтальную 2 или вертикальную 7 камеру прессования.
Компрессорные машины всегда имеют горячую камеру прессования и их условно можно разделить на машины собственно компрессорные и машины с регулируемым или низким давлением.
Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности за счет точной обработки и тщательного полирования рабочей полости пресс-формы. Детали получают точные или с минимальными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отливок.
3. Центробежное литье
При центробежном литье заполнение формы жидким металлом, его затвердевание и дальнейшее остывание до температуры удаления отливки из формы происходят в условиях воздействия центробежных сил.
Эти силы возникают вследствие вращения формы вокруг вертикальной, горизонтальной или наклонной оси. При этом внутренняя поверхность отливки формируется без контакта с формой, и ее называют свободной поверхностью.
Естественно, что при этом способе литья в подавляющем числе случаев отпадает необходимость в стержнях для образования внутренних поверхностей.
При центробежном литье обычно используют металлические формы, которые предварительно подогревают до 250–350 °С, после чего на рабочую поверхность наносят огнеупорное покрытие.
Применение покрытий повышает стойкость форм, снижает скорость охлаждения отливок, что весьма важно для борьбы с отбелом в чугунных отливках, и уменьшает вероятность образования спаев и трещин.
В качестве покрытий используют краски или облицовки из сыпучих материалов. Скорость вращения формы оказывает большое влияние на процесс кристаллизации и охлаждения отливки, а также на формирование в ней специфических дефектов – спаев, трещин, ликвации. Иногда в их состав вводят горячетвердеющие связующие, легирующие или модифицирующие добавки, направленно изменяющие структуру поверхностных слоев отливки.
Центробежное литье обеспечивает получение плотных отливок с дисперсной структурой и облегчает выход на свободную поверхность шлаковых и газовых включений. В процессе остывания расплава в нем зарождаются и растут кристаллы твердой фазы.
Так как плотность металла в твердом состоянии выше, чем в жидком, образовавшиеся кристаллы под действием центробежных сил перемещаются на внешнюю поверхность отливки, выжимая шлак и легкоплавкий ликват на внутреннюю поверхность.
Перемешивание расплава препятствует направленному росту кристаллов, способствуя образованию мелкой плотной структуры в отливке.
Недостаток центробежных сил заключается в отрицательном влиянии их на формирование качественной отливки. Они приводят к химической неоднородности при производстве отливок из высоколегированных сплавов.
В чугунных отливках наблюдается ликвация углерода, серы и фосфора и велика вероятность «отбела» в связи с тем, что центробежные силы препятствуют усадке отливки и образованию зазора между ней и формой, в результате чего теплоотвод от отливки ускоряется.
Для производства отливок типа коротких втулок и колец подшипников, у которых отношение длины к диаметру меньше трех, обычно применяют машины с вертикальной осью вращения (рис. 5, а).
Рис. 5. Центробежное литье: а – вертикальная ось вращения; б – горизонтальная ось вращения; в – литье в разовые формы
Расплав из ковша 1 заливается с помощью наклонного желоба или непосредственно через отверстие в крышке 2 в изложницу 3, вращающуюся вокруг вертикальной оси.
Так как помимо центробежных сил на жидкий металл оказывают влияние силы гравитации, внутренняя поверхность получается искривленной, а отливка разностенной.
4. Непрерывное литье
Непрерывное литье – это способ получения протяженных отливок постоянного поперечного сечения путем непрерывной подачи расплава в форму и вытягивания из нее затвердевшей части отливки (рис. 6).
Рис. 6. Непрерывное горизонтальное литье
В зависимости от направления вытягивания различают вертикальное и горизонтальное непрерывное литье.
Вертикальное литье обычно применяется для получения слитков и труб. При производстве труб в кристаллизатор устанавливают водоохлаждаемый стержень, который формирует внутреннюю поверхность трубы.
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 ломателей. Центральная часть слитка после его выхода из кристаллизатора остается жидкой, поэтому, чтобы ускорить затвердевание и исключить прорыв расплава через оболочку твердого металла, устанавливается душирующее устройство 4 для охлаждения водой.
Высокий градиент температур по сечению отливки в процессе ее затвердевания и подача расплава из металлоприемника в зону кристаллизации создают предпосылки для получения плотных отливок.
Непрерывным литьем получают заготовки постоянного сечения в виде круга, полосы или более сложного профиля, как, например, направляющие станин металлорежущих станков.
Недостатком этого метода литья является ограниченность номенклатуры отливок, связанная с невозможностью получения сложных по форме заготовок.
5. Электрошлаковое литье
Электрошлаковое литье – способ получения отливок в водоохлаждаемой металлической форме путем приготовления жидкого металла непосредственно в ее полости методом электрошлакового переплава расходуемого электрода.
Для начала процесса в форму-кристаллизатор заливают расплавленный шлак и в него погружают нижние концы расходуемых электродов того же состава, что и будущая отливка. Через систему форма-шлак-электрод пропускают ток напряжением 45–60 В и силой около 20 А на 1 мм диаметра электрода. В литейной форме одновременно происходит расплавление металла и его рафинирование.
Преимуществом этого способа является получение плотных, однородных по составу отливок с низким содержанием газов и неметаллических примесей.
При электрошлаковом литье получаются отливки массой до 300 т, такие как прокатные валки, бандажи цементных печей, коленчатые валы судовых двигателей, детали тепловых и атомных электростанций и т. д..
6. Литье в оболочковые формы
При литье в оболочковые формы, полуформы и стержни изготавливают в виде оболочек толщиной 6–10 мм. В качестве связующего используются горячетвердеющие смолы с высокой удельной прочностью.
Технология литья этим способом включает:
- операции приготовления плакированной песчано-смоляной смеси;
- получение по модельной оснастке оболочковых полуформ;
- сборку форм;
- их заливку.
В качестве связующего обычно используется пульвербакелитсмесь фенолоформальдегидной смолы и 8 % уротропина, относящийся к термореактивным смолам, нагрев которых свыше 200–250 °С приводит к их полимеризации и необратимому затвердеванию.
Этим методом получают отливки массой до 300 кг, имеющие тонкие ребра (цилиндры мотоциклов) или повышенные требования по размерной точности (коленчатые валы).
При этом в 9–10 раз уменьшается расход формовочной смеси и облегчается ее регенерация термической обработкой.
К недостаткам метода следует отнести высокую токсичность выделяющихся при горении смолы газов и возможность поверхностного насыщения углеродом отливок из низкоуглеродистых и нержавеющих сталей.
7. Литье по выплавляемым моделям
При литье по выплавляемым моделям форма представляет собой неразъемную керамическую огнеупорную оболочку, которая формируется вокруг разовой неразъемной выплавляемой из оболочки модели.
Технология литья по выплавляемым моделям включает следующие операции:
- изготовление разовой модели и модели литниково-питающей системы;
- сборка моделей в единый блок;
- приготовление суспензии из связующего и пылевидного наполнителя;
- нанесение на блок моделей огнеупорного покрытия;
- выплавка модели из оболочки;
- упрочнение оболочки прокаливанием и ее засыпка песком;
- заливка в оболочку металла;
- отделение отливок от стояка и их очистка.
Модели изготавливают из модельной композиции, состоящей из парафина, стеарина и воска.
Температура размягчения композиции выше 30 °С, температура плавления – около 50 °С.
Литье по выплавляемым моделям широко применяется для производства мелких сложных отливок в приборо-, автомобиле- и тракторостроении.
Этим способом получают отливки из труднообрабатываемых сплавов (лопатки турбин, колеса насосов, постоянные магниты и др.).
Себестоимость полученного литья в 3–10 раз выше, чем отливок, полученных в песчано-глинистых формах, но высокое качество и минимальная механическая обработка обеспечивают его рентабельность в массовом и крупносерийном производстве.
8. Литье в керамические формы
Керамические формы могут быть отнесены к разряду полупостоянных, так как в отдельных случаях они выдерживают до 10 наливов.
Это наблюдается в случае получения отливок простой конфигурации из алюминиевых сплавов и с невысокими требованиями по размерной точности.
Для сложных отливок из черных сплавов эти формы являются разовыми.
Технологический процесс производства отливок в керамические формы разбивается на следующие стадии:
- изготовление опорного слоя по промодели;
- приготовление суспензии;
- заливка суспензии в зазор между моделью и опорным слоем;
- затвердевание суспензии;
- извлечение модели из формы и ее обжиг.
Применять керамические формы целесообразно для получения сложных точных отливок из труднообрабатываемых сталей и сплавов.
Наибольшее распространение этот метод получил при изготовлении литой литейной оснастки и производстве штампов, а также в ювелирной промышленности. Масса отливок может быть различной – от десятков граммов до тонн.
Читайте также: