Литье: определение, виды и процессы производства

Что такое литье?

Литье — это производственный процесс, при котором жидкий материал (обычно расплавленный металл) заливается в форму с полостью нужной формы и дается затвердеть. Полученная деталь также называется отливкой; её извлекают из формы или разрушают форму для завершения процесса.

Материалы для литья — обычно металлы или застывающие смеси (эпоксидные смолы, бетон, гипс, глина), твердеющие после смешивания компонентов.

Литье металлов имеет 7000-летнюю историю и применяется в промышленности и искусстве. Первым известным отливным изделием является медная лягушка 3200 г. до н.э., найденная в Ираке. При литье металлов расплав переносят из тигли в форму, создавая деталь. После охлаждения изделие удаляют и доводят до готового вида.

Традиционные методы: литье в оболочках (выплавляемые модели), в гипсовых формах, под давлением (дай-кастинг), в песке. Работы ведут в литейных цехах или ювелирных мастерских.

Литье применяют для создания сложных форм, которые трудно или невыгодно получать другими способами. Крупные детали ( станины станков, винты судов) отливают целиком, избегая сборки из множества частей.

Процесс литья

Процесс использует расплавленный материал (преимущественно металл). Расплав заливают в полость формы, повторяющую контур детали. Материал остывает, отдавая тепло форме, и затвердевает.

Металлолитение делится на два основных класса: с многоразовыми формами и с разлагаемыми (одноразовыми). В обоих случаях металл плавится в тигле, заливается в форму, после застывания форма удаляют или извлекают отливку.

Базовый процесс: изготовление модели и формы, заливка расплава, извлечение застывшей отливки, обработка. Технология адаптируется под разные металлы, формы и размеры.

Шаг 1: Создание модели

Перед изготовлением формы нужна модель — объемная копия будущей детали. Модель делают из воска, песка, пластика, дерева. Некоторые используют силиконовые или гипсовые формы для создания восковых моделей, применяемых в литье с выплавляемыми моделями.

При проектировании модели учитывают усадку металла при остывании. Модель могут оснастить шлицевой системой (зевом, притоками) для подачи расплава.

Шаг 2: Изготовление формы

После модели делают форму. Выбор: многоразовая (металлическая) или одноразовая (песчаная, гипсовая, керамическая оболочка). Каждый метод оптимизирован под конкретные металлы и сложность модели. Если модель из воска или пластика, её можно выжечь в печи.

Шаг 3: Выбор металлического сплава

Все отливки делают из черных или цветных сплавов. Сплав — смесь элементов, дающая нужные механические свойства. Черные сплавы: сталь, ковкий и серый чугун. Цветные: алюминий, бронза, медь. В ювелирном деле — серебро, золото, платина.

Шаг 4: Плавка сплава

Плавка зависит от сплава — у каждого своя температура. Суть: загрузка сплава в тигль и нагрев открытым пламенем или в печи.

Шаг 5: Заливка в форму

Расплавливают металл в полость формы. Для мелких отливок заливают прямо из тигля. Крупные требуют команды: нагрев в печи, перелив в ковш, заливка. Соблюдают технику безопасности: защитная одежда (натуральные ткани, длинные рукава, перчатки, очки), вентиляция, огнетушитель, свободный проход между печью и формой. Ждут полного застывания.

Шаг 6: Извлечение отливки

После остывания отливку извлекают. Одноразовую форму разбивают. Гипсовую оболочку остывают в воде — вода помогает разрушить форму. Для многоразовых форм используют извлекательные штыри.

Шаг 7: Доводка

Шлифуют и полируют отливку: удаляют остатки формы в воде, сбрасывают заезды (шлицы) кусачками (мелкие) или угловой шлифмашинкой (крупные).

Основные виды литья

• Песчаное литье
• Литье в выплавляемых моделях (прецизионное)
• Литье под давлением (дай-кастинг)
• Низкое давление
• Центробежное литье
• Гравитационное литье в кокиль (гравитационный дай-кастинг)
• Вакуумное литье под давлением
• Прессовое литье (сквиз-кастинг)
• Литье с гасимой пенопластовой моделью
• Непрерывное литье

1. Песчаное литье

Один из самых популярных и старых методов. Позволяет малые серии по низкой цене. Отливки от размеров с ладонь до станин поездов. Подходит для большинства металлов в зависимости от вида песка.

Основа — силикатистые материалы (синтетический или натурально связанный песок). Зерна тонкие, сферические, плотно укладываются, давая гладкую поверхность. Песок допускает гибкость и усадку при остывании, снижая риск трещин. Добавка глины повышает прочность формы. Пример: блоки двигателей авто.

2. Прецизионное литье (выплавляемая модель)

Также называется литье по выплавляемым моделям. Использует разовую восковую модель. Воск впрыскивают в форму, извлекают, покрывают огнеупорным слоем и связующим (несколько слоев) для создания толстой оболочки. Несколько моделей собирают в общую шлицевую систему. После застывания оболочки модели переворачивают и нагревают в печах для удаления воска. Модели хрупкие, требуют осторожности. Преимущество: воск можно повторно использовать.

Применяется в автопроме, энергетике, авиации (лопатки турбин). Обеспечивает высокую точность, повторяемость, универсальность и качество.

3. Литье под давлением (дай-кастинг)

Расплавленный металл напором под высоким давлением вводится в полость металлической формы (кокиль). Основные металлы: цветные сплавы (цинк, медь, алюминий). Железо тоже возможно.

Идеально для серийного производства малых и средних деталей с высокой детализацией, чистой поверхностью и точными размерами.

4. Литье под низким давлением

Форма наполняется металлом из герметичной печи под давлением ~0,7 бар. Печь находится внизу вертикальной машины, металл подается снизу вверх. Давление удерживает металл до застывания.

Главное преимущество — точный контроль наполнения. Расплав течет быстро и плавно, снижая оксидное включение и пористость. Разработано для осесимметричных деталей (колёса авто). С песчаными стержнями подходит для полых и сложных профилей.

5. Центробежное литье

Используется для длинных цилиндрических деталей (трубы чугунные) за счет центробежных сил во вращающейся форме. Расплав отбрасывается на внутреннюю поверхность, образуя порозь-свободную отливку.

Изначально метод де Лавуа (водяное охлаждение форм) для симметричных деталей: трубы, стволы пушек. Преимущество — минимум выжигателей. Для несимметричных деталей применяют вариант — литье под давлением с вращением форм вокруг общей шлицевой системы. Аналогичный принцип для больших зубчатых колец. Формы металлические или песчаные в зависимости от материала.

6. Гравитационное литье в кокиль

Процесс с постоянной формой: расплав льют из ковша в форму под действием гравитации. Наполнение контролируют наклоном кокиль. Подложки из песка создают полости и выемки. Качество поверхности и механические свойства выше, чем при песчаном литье, за счет быстрого застывания. Производительность выше, но кокели дороже песка. Меньше постобработки, выше качество. Инструментал менее рентабелен для мелких серий.

7. Вакуумное литье под давлением

Вакуация полости кокиль снижает газообразование при впрыске металла и пористость отливки. Результат — более высокое качество. Вакуумные системы — дополнение, а не замена грамотному проектированию кокиль, притоков, заездов, переливов.

8. Прессовое литье (сквиз-кастинг)

Гибридный процесс: сочетает литье в постоянную форму с ковкой в один проход. Определенное количество расплава вливают в предварительно нагретую и смазанную кокиль, затем куют и застывают под давлением.

9. Литье с гасимой пенопластовой моделью (LFC)

Тип литья с испаряемой моделью, похожий на прецизионное, но модель из пенопласта вместо воска. Низкая температура кипения пены упрощает процесс: не нужно выплавлять воск.

10. Непрерывное литье

Усовершенствование для массового производства профилей постоянного сечения. Расплав льют в водяноохлаждаемую форму с открытым концом. Образуется «кожа» твердого металла вокруг жидкого ядра, застывание идет извне внутрь. После застывания заготовку (пруток) непрерывно вытягивают. Отрезают заданными длинами ножницами или кислородно-ацетиленовыми резаками. Размеры: полоса (мм толщиной, до 5 м ширины), ковши (90–160 мм), блюмы (1,25 м × 230 мм). Иногда пропускают через горячее прокатство.

Применяют из-за низкой стоимости непрерывного производства и высокого качества. Металлы: сталь, медь, алюминий, свинец. Сталь — лидер по объемам.

Преимущества литья

• Экономичное создание сложных конструкций.
• Размер изделия не ограничен.
• Высокая предельная прочность на сжатие.
• Широкий спектр свойств отливок.
• Высокая точность изготовления.
• Лить можно практически любой материал.
• Изотропная структура.
• Самый дешевый среди основных способов производства.
• Легко создавать композитные компоненты.

Недостатки литья

• Размерная точность: усадка может снизить точность. Конструкторы должны закладывать допуски на модели.
• Низкая прочность: высокая пористость по сравнению с механической обработкой.
• Постобработка: требуется дополнительная механическая обработка для улучшения шероховатости.
• Ограничение по температуре плавления: обычно металлы с низкой температурой плавления.
• Нецелесообразно для мелкосерийного производства.

Применение литья

• Транспорт: авто, авиа, ж/д, судостроение.
• Тяжелое оборудование: строительство, сельское хозяйство, горное дело.
• Станки: обработка, литье, прессование, экструзия.
• Заводское оборудование: химия, нефть, бумага, сахар, текстиль, сталь, ТЭЦ.
• Оборона: БМ, артиллерия, munitions, хранение.
• Электрические машины: двигатели, генераторы, насосы, компрессоры.
• Коммунальное хозяйство: трубы, фитинги, клапаны.
• Быт: приборы, кухня, сад, мебель.
• Искусство: скульптуры, иконы, лампы, декор.

Часто задаваемые вопросы

Что такое литье?

Производственный процесс: жидкий материал заливается в форму с полостью нужной формы и дается затвердеть. Затвердевшая деталь (отливка) извлекают или ломают форму.

Что означает термин «литье»?

Процесс изготовления деталей путем введения расплава (металла, пластика) в форму, застывания и извлечения готовой детали.

Что такое процесс литья?

Использование расплавленного материала (обычно металла), залитого в полость формы, повторяющую контур детали. Материал остывает, отдавая тепло форме, и затвердевает.

Какие виды литья существуют?

Песчаное, прецизионное (выплавляемая модель), под давлением, низкого давления, центробежное, гравитационное в кокиль, вакуумное, прессовое, с пенопластовой моделью, непрерывное.

Как происходит процесс литья?

Расплав заливается в полость формы, остывает и затвердевает, принимая форму полости.

Что значит «литье» в металлургии?

Процесс производства объектов (часто металлических) заданной формы путем заливки горячего расплава в форму с полостью точной формы.

Каковы 4 основных типа литья?

Горячие процессы: дай-кастинг, прецизионное, гипсовое, песчаное — каждый дает уникальные преимущества. Сравнение плюсов/минусов помогает выбрать метод для партии.

Сколько типов процессов литья существует?

Техника включает минимум четыре метода: в постоянные формы, под давлением, центробежное, непрерывное.

Что такое литье и виды литья?

Процесс: жидкий материал заливается в форму с полостью нужной формы и затвердевает. Чаще всего для сложных форм, трудно получаемых другими методами.

Что такое литейные материалы?

Металлы или холодно-застывающие смеси (эпоксидка, бетон, гипс, глина), твердеющие после смешивания компонентов.

Виды центробежного литья?

• Настоящее центробежное (нормальное) — симметричные полые детали с круглыми отверстиями.
• Полуцентробежное.
• Центрифугирование.

Что такое литье металлов?

Процесс изготовления объектов заливкой расплава в полость формы. Металл остывает и твердеет, принимая форму.

Виды дефектов литья и профилактика?

• Газовая пористость: точечные отверстия, пузыри, открытые дыры.
• Дефекты усадки: открытые, закрытые, искривление.
• Дефекты формовочного материала: срезы, смывы, взбухания, обвалы.
• Дефекты заливки: холодный шприц, холодный шов, незалив.
• Металлургические дефекты: горячие трещины, горячие пятна.
• Геометрические дефекты: несовпадение, забарь.

Что такое стержень в литье?

Предварительно изготовленный связанный песок, устанавливаемый в форму для создания внутренних полостей, которые нельзя получить моделью. Часто для полых сечений.

Разница между формованием и литьем?

Основное отличие — материал. Литье обычно с металлами, формование — с пластиками. В обоих случаях расплав вводится в форму/пресс-форму для получения изделия.

Какие инструменты используются в литье?

Ручные (киянка, лопата, сито, вентиляционный провод, крюк, штык, мастерок, молоток, щетка, зажимы, гоффер, мехи) и механические (автоматизированные литейные цеха).

Какие материалы обычно используют для литья?

Четыре основных сплава для дай-кастинга: алюминиевые, медные, магниевые, цинковые. Реже — черные сплавы.

Как выполняется литье?

Расплав заливается в полость формы, остывает, затвердевает.

Что такое центробежное литье?

Метод производства труб: расплав льется в быстро вращающуюся цилиндрическую форму, центробежная сила давит металл к стенкам.

Что такое литье в кокиль (сливочное)?

Вариант литья в постоянную форму для полых отливок. Материал льется в форму, остывает до образования оболочки, остаток расплива сливают.

Можно ли лить сталь?

Многие материалы поддаются литью, но чугун и сталь обладают отличными механическими свойствами для широкого спектра применений.

Что такое литье в зеленый песок?

Песчаная форма, связанная глиной; «зеленый» означает необожженную форму. Сухой песок — обожженный перед заливкой.

Как выбрать метод литья?

Ключевые факторы: сложность конструкции, выбор материала, стоимость литья.

Что такое усадочное литье?

Усадка — изменение объема при переходе из жидкого в твердое состояние на свободной поверхности. Возникает при литье и застывании бетона.

Что такое дефект «забарь» в литье?

Забарь (flash) — нежелательный тонкий слой металла на стыках формы. Отход, переплавляется в шлак.

Что такое форма и стержень?

Стержень — приспособление для создания внутренних полостей и затупленных углов (>180°). Обычно разовый, уничтожается при извлечении.

Три типа чугуна?

Четыре базовых: белый, серый, высокопрочный (модулированный), ковкий.

• Белый чугун.
• Серый чугун.
• Высокопрочный чугун.
• Ковкий чугун.

Является ли форма отливкой?

Форма — первый этап создания копии; отливка — готовый продукт после всего процесса. Иногда отливку используют для изготовления новых форм.