Полное руководство по процессам литья: техники и применение

Классификация процессов литья

• Песчаное литье
• Литье в оболочечных формах (Shell Mold Casting)
• Инвестиционное литье (растворимые модели)
• Литье под давлением (давливка)
• Низкодавленное литье
• Центробежное литье
• Гравитационное литье
• Вакуумное литье
• Давливка с выдавливанием (Squeeze Casting)
• Литье в выгораемых моделях (Lost Foam Casting)
• Непрерывное литье

Песчаное литье

Метод литья для изготовления литьев в песчаной форме. Песчаное литье позволяет получить литья из стали, чугуна и большинства цветных сплавов.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

1. Подходит для изготовления заготовок сложной формы, особенно со сложной внутренней полостью;
2. Широкая адаптивность и низкая стоимость;
3. Для материалов с низкой пластичностью, таких как чугун, песчаное литье — единственный процесс формообразования для изготовления деталей или заготовок.

Применение:

Автомобильные блоки цилиндров, головки блоков, коленвалы и другие литья.

Литье в оболочечных формах (Shell Mold Casting)

Расходный формообразовательный процесс: расплавленный металл литье в разовую форму. Песок, покрытый смолой, наносится на нагретую многоразовую металлическую форму для отверждения в тонкую оболочечную форму, затем тонкую оболочку нагревают и затвердевают для достижения достаточной прочности и жесткости. После зажима верхней и нижней оболочек зажимами или склеивания смолой получают разовую форму.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Можно реализовать автоматизированное массовое производство;
2. Хорошая чистота поверхности и точность обработки, снижающие последующие затраты на механическую обработку;
3. Можно производить крупные детали и сложные формы;
4. Низкая стоимость формы и меньше отходов.

Недостатки:

1. Смола, используемая в литье в оболочечных формах, дорогая;
2. Многоразовая металлическая форма должна быть прецизионно обработана с высокой стоимостью;
3. При литье образуются раздражающие газы;
4. Низкая прочность литьев с высокой пористостью.

Применение:

Подходит для производства различных мелких и средних литьев из сплавов крупными партиями, с высокой размерной точностью, тонкими стенками и сложной формой: головки блоков, шатуны, коллекторы и т.д.

Инвестиционное литье

Обычно относится к схеме литья, в которой плавкий материал делают моделью, на поверхность которой наносят несколько слоев огнеупоровых материалов для получения формообразующей оболочки, затем модель выплавляют из оболочки, получая форму без разделительной плоскости, которую после высокотемпературного обжига можно засыпать песком. Часто называют «lost wax casting».

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Высокая размерная и геометрическая точность;
2. Высокая чистота поверхности (низкая шероховатость);
3. Можно лить сложные литья, сплав не ограничен.

Недостатки:

Сложный процесс и высокая стоимость.

Применение:

Подходит для изготовления мелких деталей со сложной формой, высокими требованиями к точности или иными трудностями обработки, например лопаток турбинных двигателей.

Литье под давлением (давливка)

Высоким давлением расплавленный металл прессуют в полость прецизионной металлической формы с высокой скоростью, расплав охлаждается и затвердевает под давлением, образуя литья.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Расплав испытывает высокое давление и высокую скорость течения;
2. Высокое качество изделий, стабильные размеры, хорошая взаимозаменяемость;
3. Высокая производственная эффективность и долгий срок службы формы;
4. Подходит для массового производства с хорошей экономической эффективностью.

Недостатки:

1. Литье склонно к микропорам и усадочной пористости;
2. Не подходит для работы под ударной нагрузкой и вибрацией из-за низкой пластичности литьев под давлением;
3. Литье высокоплавких сплавов сокращает ресурс формы и влияет на расширение производства.

Применение:

Сначала в автопроме и приборостроении, затем постепенно в сельхозмашины, станкостроение, электронику, оборонку, компьютеры, медоборудование, часы, фотоаппараты, бытовую фурнитуру и др.

Низкодавленное литье

Метод наполнения формы расплавленным металлом под низким давлением (0.02–0.06 МПа) и кристаллизации под давлением для получения литьев.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

1. Давление и скорость литья регулируются, применимо к различным типам форм (металлические, песчаные и др.), для литья различных сплавов и литьев различных размеров;
2. Нижняя подача: наполнение расплавом стабильное, без брызг, избегает захвата газа и вымывания стенок формы и сердечника, повышается выход годных литьев;
3. Литье кристаллизуется под давлением: плотная структура, четкий контур, гладкая поверхность, высокие механические свойства, особенно полезно для крупных тонкостенных литьев;
4. Исключена наполовина, коэффициент утилизации металла повышается до 90–98%;
5. Низкая трудоемкость, хорошие условия труда, простое оборудование, легко механизировать и автоматизировать.

Применение:

В основном традиционные изделия (головка блока, 휠-диск, цилиндровая рама и т.д.).

Центробежное литье

Способ литья, при котором расплавленный металл разливают в вращающуюся форму, и форма наполняется под действием центробежной силы с затвердеванием расплава в форме.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Почти нет металлопотерь на систему вливания и подливки, повышается выход процесса;
2. При производстве полых литьев не нужен сердечник, что значительно повышает заполняющую способность металла для длинных трубчатых заготовок;
3. Меньше пор, шлаковых включений и других дефектов, высокая плотность и механические свойства литьев;
4. Удобно изготавливать бочковые и втулочные композитные металлические литья.

Недостатки:

1. Есть ограничения в производстве профильных литьев;
2. Низкое качество литья: неточный диаметр внутренней полости, шероховатая поверхность, большой припуск на обработку;
3. Литье склонно к сегрегации по удельной массе.

Применение:

Первоначально для производства чугунных труб. Процесс используется в металлургии, горном деле, транспорте, дренаже и орошении, авиации, обороне, автопроме для производства стальных, чугунных и цветных углеродистых сплавов. Чаще всего — центробежные чугунные трубы, втулки цилиндров ДВС и втулки валов.

Гравитационное литье

Способ формообразования, при котором расплавленный металл наполняет металлическую форму под действием гравитации и охлаждается/затвердевает в форме для получения литьев.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Большая теплопроводность и теплоемкость металлической формы, высокая скорость охлаждения, плотная структура литья, механические свойства примерно на 15% выше, чем у песчаных литьев;
2. Литье с высокой размерной точностью и низкой шероховатостью, хорошая стабильность качества;
3. Так как сердечник не используется или используется редко, улучшается среда, снижается пыль и вредные газы, уменьшается трудоемкость.

Недостатки:

1. Металлическая форма не имеет газопроницаемости, необходимы меры для удаления воздуха из полости и газов от сердечника;
2. Металлическая форма не деформируется, литье склонно к трещинам при затвердевании;
3. Длинный цикл изготовления и высокая стоимость металлической формы дают хороший экономический эффект только в массовом производстве.

Применение:

Гравитационное литье подходит не только для массового производства цветных сплавов (алюминиевые, магниевые сплавы) сложной формы, но и для производства железных и стальных литьев и слитков.

Вакуумное литье

Продвинутый процесс литья, устраняющий или значительно снижающий поры и растворенные газы в литьевых деталях за счет удаления газа из полости литейной формы во время литья, тем самым улучшая механические свойства и качество поверхности литьевых деталей.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

Преимущества:

1. Устраняет или уменьшает поры внутри литьев, улучшает механические свойства и качество поверхности, улучшает покрываемость;
2. Снижает противодавление полости, можно использовать сплавы с низким удельным давлением и плохой литейностью, возможно литье крупных литьев на малых машинах;
3. Улучшаются условия наполнения, можно производить литья с меньшей толщиной стенки.

Недостатки:

1. Более высокая стоимость из-за сложной герметичной структуры формы, трудной для изготовления и установки.
2. Эффект незначителен при неправильном контроле вакуумного литья.

Давливка с выдавливанием (Squeeze Casting)

Метод затвердевания и формообразования жидкого или полутвердого металла под высоким давлением для прямого получения деталей или заготовок. Имеет преимущества: высокий коэффициент утилизации жидкого металла, упрощенный процесс, стабильное качество. Это энергосберегающая технология формообразования металлов с перспективами применения.

Технологический процесс:

Прямая давливка с выдавливанием (Direct Squeeze Casting):

Нанесение покрытия, заливка сплава, зажим формы, надавливание, выдержка под давлением, сброс давления, раскрытие формы, извлечение заготовки, возврат в исходное положение.

Косвенная давливка с выдавливанием (Indirect Squeeze Casting):

Нанесение покрытия, зажим формы, подача металла, наполнение, надавливание, выдержка под давлением, сброс давления, раскрытие формы, извлечение заготовки, возврат в исходное положение.

Технические особенности:

1. Можно устранить внутренние дефекты: поры, усадочные полости, усадочную пористость;
2. Низкая шероховатость поверхности и высокая размерная точность;
3. Можно предотвратить трещины литья;
4. Легко реализовать механизацию и автоматизацию.

Применение:

Можно производить различные типы сплавов: алюминиевые, цинковые, медные, высокопрочные чугуны и др.

Литье в выгораемых моделях (Lost Foam Casting / Full Mold Casting)

Новый метод литья: склеивают и комбинируют парафиновые или пенные модели, похожие по размеру и форме на литья, в кластеры моделей. После нанесения и сушки огнеупорного покрытия закапывают в сухой кварцевый песок для вибрационного формообразования, литье под вакуумом для газификации модели, жидкий металл занимает место модели и образует литье после затвердевания и охлаждения.

Технологический процесс:

предварительное пенообразование → пеноформование → окунание в покрытие → сушка → формообразование → литье → осыпание песком → очистка

Технические особенности:

1. Высокоточные литья, не нужен сердечник — экономится время обработки;
2. Нет разделительной плоскости, гибкий дизайн, высокая степень свободы проектирования;
3. Чистое производство без загрязнения;
4. Снижаются инвестиции и производственная стоимость.

Применение:

Подходит для производства точных литьев различных размеров со сложной структурой, неограниченных типов сплавов и партий. Например, чугунный корпус двигателя, колено из высокомарганцевистой стали.

Непрерывное литье

Продвинутый метод литья: принцип — непрерывно разливать расплавленный металл в специальную металлическую форму, называемую кристаллизатором. Затвердевшая (окороченная) заготовка непрерывно вытягивают с другого конца кристаллизатора. Этот метод позволяет получать литья любой длины или заданной длины.

Технологический процесс:

[Схема процесса]

Технические особенности:

1. Мелкокристаллическая, однородная структура и хорошие механические свойства благодаря быстрому охлаждению металла;
2. Экономия металла и повышение выхода;
3. Упрощенный процесс, исключение формования и других операций, снижение трудоемкости, значительное сокращение требуемой производственной площади;
4. Легко реализовать механизацию и автоматизацию, повышение производственной эффективности.

Применение:

Непрерывное литье можно использовать для литья стали, чугуна, медных, алюминиевых, магниевых сплавов и других длинных литьев с неизменным сечением: слитки, плиты, бруски, трубы и др.