Литье металлов: определение, виды, процесс и применение

Что такое литье металлов?

Литье металлов — это процесс, при котором расплавленный металл заливается в форму с полостью заданной геометрической формы и охлаждается до образования твердой детали. Термин «литье» также обозначает саму деталь, полученную этим способом; история процесса насчитывает 6000 лет.

Исторически литье использовалось для изготовления сложных и/или крупных деталей, которые было трудно или дорого производить другими методами.

Литье — современный процесс с древними корнями. Металлические формы создаются заливкой расплава в форму, где он остывает и затем извлекается.

Литье, пожалуй, самый ранний и влиятельный промышленный процесс в истории. Им изготавливают множество металлических предметов нашего быта: автозапчасти, железнодорожные колеса, столбы освещения, педали школьных автобусов и многое другое.

Кроме того, литейные цехи используют переработку металлолома как экономичный источник сырья, значительно сокращая отходы, идущие на свалки.

Процесс литья металлов

1. Изготовление модели (паттерна)

Модель — копия внешней поверхности литья. Модели делают из дерева, металла, пластика или гипса. Точность моделирования критична для промышленного производства, где детали должны идеально сочетаться.

2. Изготовление сердечников

Если литье должно быть полым, дополнительный элемент из песка или металла (сердечник) формирует внутреннюю полость. Сердечники достаточно прочны, но должны легко удаляться из готовой детали.

3. Формовка

Для наглядности представьте слепок ноги на влажном песке: нога — сердечник, впадина — форма. Формовка — многоступенчатый процесс создания формы вокруг модели с помощью литейного песка. Форма помещается в фляг (раму). Песок укладывается вокруг модели и уплотняется. Это песочное литье. После уплотнения модель извлекают, и полость остается. Альтернатива — многоразовая металлическая форма (кокиль) для серийного производства идентичных деталей.

4. Плавка и заливка расплава

После плавки металл заливается в полость формы и оставляется на затвердевание. Затем начинается процесс выбивки: формы вибрируют для удаления песка с литья.

В промышленности используется оборудование вроде двухмассовых вибрационных грохотов для высокой производительности. Удаленный песок собирают, охлаждают и регенерируют для повторного использования.

5. Очистка

На финальном этапе литой изделие извлекают из формы и обделывают (феттлинг). Удаляют остатки формовочных материалов и заусенцы.

Виды литья металлов

Литье делят на две группы по типу формы: расходные (разрушаемые) и постоянные (многоразовые). Дальнейшее подразделение зависит от материала модели.

• Многоразовые формы:
  • Постоянные формы (кокиль)
  • Полупостоянные формы
  • Литье в кокиль (с сливом)
  • Центробежное литье
  • Литье под давлением
  • Давление литье (прессование)
• Расходные формы:
  • Песочное литье
  • Оболочечное литье
  • Литье в выплавиваемых моделях (precision casting)
  • Полное формовочное литье / пено-полистироловое литье

Литье в расходные формы

Использует временные неразрушаемые формы, которые разбивают для извлечения литья. Материалы: песок, керамика, гипс. Связывают связующими для улучшения свойств. Позволяет лить сложные детали.

Литье в постоянные формы

Также называют нерасходным литьем. Постоянные формы повторно используются. Обеспечивает повторяемость деталей, но подходит только для простых литьев, так как форму нужно открывать для извлечения.

Композитное литье

Сочетает расходные и многоразовые элементы форм. Материалы: песок, дерево, графит, металл.

Применение литья металлов

Потребление литья по секторам показывает его важность в промышленности:

• Транспорт: автомобилестроение, авиация, ж/д, судостроение
• Тяжелое оборудование: строительство, сельское хозяйство, горное дело
• Станки: механическая обработка, литье, прессование пластиков, ковка, экструзия
• Заводское оборудование: химическое, нефтепереработка, бумага, сахар, текстиль, сталь, ТЭЦ
• Оборона: транспорт, артиллерия, боеприпасы, хранение, обеспечение
• Электротехника: двигатели, генераторы, насосы, компрессоры
• Сантехника: трубы, фитинги, клапаны
• Быт: приборы, кухня, сад, мебель
• Искусство: скульптуры, идолы, лампы, декор

Преимущества литья металлов

• Возможность получения сложных форм
• Легко создавать внутренние полости и полые секции
• Крупногабаритные детали литуют целыми
• Материалы, трудные для других методов, можно отлить
• Дешевле других процессов при средних и больших объемах
• Почти все металлы можно отлить
• Близко к конечной форме — минимальная или нулевая постобработка

Недостатки литья металлов

• Грубая чистота поверхности — широкие допуски, не подходит для стыковочных поверхностей
• Ограничения по размеру и модели (например, оболочечное литье)
• Изготовление моделей трудоемко и дорого (хотя аддитивные технологии начинают решать это)
• Литье под давлением дорого при малых и средних объемах из-за стоимости пресс-фом
• Размер детали и выбор материала зависят от процесса (например, в постоянные формы литье только цветных металлов)

Часто задаваемые вопросы

Как называется литье металлов?

В металлообработке и ювелирном деле литье — процесс, при котором жидкий металл подается в форму (обычно через тигель) с негативным образом детали. Металл вливается через литейный канал (шпру).

Какие 4 типа литья существуют?

Горячие процессы: литье под давлением (давление), литье в выплавиваемых моделях, литье в гипс, песочное литье — каждый с уникальными преимуществами.

Что нужно для литья металлов?

Инструменты и материалы: тигель для расплава, печь, фляги, ручной трамбовал, клещи для тигля, вентиляционный стержень, ручное сито, распылитель воды.

Для чего используется литье металлов?

7000-летний процесс в производстве и искусстве. Расплав переносят из тигля в форму для получения положительного металлического образа. Металл и форма остывают, изделие извлекают и доводят.

Какие бывают виды литья?

10 различных процессов литья:

• Песочное литье
• Литье в выплавиваемых моделях
• Литье под давлением
• Низкодавленное литье
• Центробежное литье
• Гравитационное литье в кокиль
• Вакуумное литье под давлением
• Выдавливание (сквиз-кастинг)

Какие продукты делают литьем?

Примеры изделий литья:

• Корпуса насосов
• Кольцевые сегменты
• Двери промышленных печей
• Корпуса пожарных гидрантов
• Шейки пожарных гидрантов
• Печи термической обработки
• Крупные алюминиевые монтажные плиты
• Алюминиевые редукторы

Каковы преимущества литья?

Преимущества литья металлов:

• Сложные формы
• Внутренние полости и полые секции
• Крупные детали целыми
• Трудные материалы можно отлить

Каковы недостатки литья?

Помимо преимуществ, литье имеет недостатки:

• Плохая чистота поверхности, требует доводки
• Литье дефекты
• Низкая усталой прочность по сравнению с ковкой
• Неэкономично для массового производства

Какой процесс литья самый популярный?

Песочное литье — наиболее используемое. Недостаток: модели нужно извлекать из формы, что усложняет конструкцию сложных моделей.

Когда изобрели литье металлов?

Современное литье — сложный процесс, требующий точной химии. Первые литья датируются ~4000 г. до н.э.

Как плавить металл для литья?

Плавят газовым бреннером, электрической, пропановой, индукционной печью или даже микроволновой печью для плавки. Выбор зависит от бюджета, материала и объема.

Как делают металлические формы?

Как процесс производства, дип-молдинг похож на изготовление свечей. Нагретые металлические формы окунают в ванну с жидким материалом (нагретым или при комнатной температуре). Затем извлекают, выдерживают и снимают деталь.

Как сделать форму для литья?

• Закрепите объект на дне стаканчика в пластилине/глине
• Залить силикон, дать высохнуть 15 мин
• Поставить форму на ровную поверхность, закрепить скотчем, залить первый литой материал