Литье металлов: Полное руководство по процессам литья

Литье — это технологический процесс, применяемый с древнейших времен. До наших дней «литье» остается выбором многих производителей для изготовления деталей. Начнем с определения.

Общий процесс литья выглядит так:

1. Металл нагревают до жидкого состояния.
2. Расплавленный металл отливают в форму (ковш), чтобы придать ему нужную форму и размеры.
3. Металл остывает и твердеет внутри формы.
4. После затвердевания изделие извлекают, очищают и при необходимости подвергают механической обработке.

Извлеченная после затвердевания деталь называется отливкой. Цех или завод, производящий отливки, называется литейным цехом или литейным производством.

В промышленности выделяют два основных типа литейных производств:

1. Заказное (подрядноe) литейное производство (Jobbing foundry);
2. Собственное (заводское) литейное производство (Captive foundry).

1. Заказное литейное производство: Это независимые производственные площадки. Они изготавливают отливки по заказам/контрактам.
2. Собственное литейное производство: Принадлежит крупным компаниям исключительно для собственных нужд. Поскольку содержание литейного производства дорого, такие цеха обычно есть у крупных предприятий. Это своего рода отдел производственного процесса компании. Они производят отливки строго под нужды материнской компании.

Технологический процесс литья

Блок-схема процесса литья

1. Изготовление модели. Материал модели: дерево, металл или пластик.
2. По модели готовят форму и необходимые стержни.
3. Форму зажимают, стержни устанавливают в полость формы.
4. Плавят металл или сплав для литья.
5. Льют расплав в полость формы.
6. Дают расплаву остыть и затвердеть. Извлекают отливку из формы. Эта операция называется «встряхивание» (shake out).
7. Очистку и доводку отливки.
8. Испытания и контроль отливки.
9. Устранение дефектов, если это возможно (спасовка отливки).
10. Снятие внутренних напряжений термической обработкой.
11. Повторный контроль отливки.
12. Отливка готова к применению.

Процесс начинается с изготовления модели. Рассмотрим подробнее, что такое литейная модель.

Модельное дело

Процесс литья начинается с изготовления модели. Модели используются для создания форм, в которые льется расплав. Модели — это копии изготавливаемого изделия. Они немного больше реальных размеров, так как включают все необходимые допуски. Основные допуски:

• Усадка: Металлы усаживаются при затвердевании, поэтому модель делают крупнее для компенсации усадки.
• Допуск на механическую обработку: При доводке снимается слой металла, поэтому модель проектируют с учетом этого, чтобы после обработки изделие получилось требуемых размеров.
• Существуют и другие допуски (на черновитость, выкрут и т.д.).

Деревянная модель детали станка.

Материалы для изготовления моделей:

• Для мелкосерийного производства: Дерево (кедр, махогон, клен, береза, вишня). Деревянные модели легкие, дешевые, легко обрабатываются. Также можно использовать пластик как альтернативу.
• Для крупносерийного производства: Металлы. Они долговечнее, устойчивы к износу, не деформируются, выдерживают грубую эксплуатацию, позволяют получить лучшую чистоту поверхности, коррозионностойкие (кроме черных металлов). Используют латунь, алюминий, белые сплавы, чугун.

Типы моделей

1. Цельные (однокомпонентные);
2. Разборные (двухкомпонентные);
3. Распределительные (с впусками);
4. Модели для ковша и нижней части формы (cope and drag);
5. Валовые (sweep pattern);
6. Каркасные (skeleton pattern).

Также рекомендуем прочитать:

1. Что такое токарный станок
2. Базовые инструменты слесаря
3. Что такое GTAW или TIG-сварка
4. Промышленная автоматизация и её виды

Формование

После изготовления модели по ней делают форму. Самый распространенный метод — пескоформование. Песчаные формы — «одноразовые» или «разрушаемые». После литья форма полностью разрушается для извлечения отливки. Песок смешивают с связующими, добавками и водой для повышения формующей способности. Форма создается вокруг модели. Верхняя часть формы называется ковш (cope), нижняя — нижняя рама (drag). После застывания модели извлекают, обнажая полость для заливки расплава.

Виды песчаных форм:

1. Сырая песковая форма (green sand);
2. Сухая песковая форма;
3. Липовая песковая форма (loam sand);
4. CO2-формы и др.

Для успешного литья в форме должны присутствовать следующие элементы:

Стержень (Core): Обычно изготавливают из песка, дерева или металла. Используется для создания полостей внутри отливки. Стержень устанавливают в полость формы перед заливкой расплава.

Ледяная чаша (Pouring basin): Резервуар у вершины впуска (в ковше), принимающий поток расплава из ковша.

Впуск (Sprue): Вертикальный канал, соединяющий ледяную чашу с распределителями и впусками. Сделан сужающимся вниз для удобства формования и, главное, для уменьшения поперечного сечения, соответствующего увеличению скорости расплава при движении вниз. Это предотвращает турбулентное течение и захват воздуха.

Основание впуска (Sprue base/well): Резервуар в нижнем конце впуска. Предотвращает чрезмерную эрозию песка при ударе расплава. Также здесь скорость течения снижается.

Распределитель (Runner): Горизонтальный канал, функции: удерживать шлак и соединять основание впуска с впусками, пропуская расплав в полость формы.

Впуска (Gates): Каналы, через которые расплав непосредственно попадает в полость формы.

Ризеры (Risers/feed heads): Часть системы доливки. Это резервуары расплава, которые доливают металл в застывающую отливку, предотвращая усадочные полосточки.

Если статья понравилась, оставьте комментарий и поделитесь ею с друзьями!