Литье: определение, типы и применение

Что такое литье?

Литье — это производственный процесс, при котором жидкий материал (обычно расплавленный металл) заливается в форму, содержащую полость желаемой формы, а затем дается затвердеть. Оцепеневшая деталь также называется отливкой, которая извлекается или разбивается из формы для завершения процесса.

Материалы для литья — обычно металлы или различные твердеющие материалы, которые затвердевают после смешивания двух и более компонентов; примеры: эпоксидные смолы, бетон, гипс и глина.

Литье металлов — 7000-летний процесс, используемый как в производстве, так и в изобразительном искусстве. Первый известный отливной объект — медная лягушка, датируемая 3200 г. до н.э., найденная на территории современного Ирака. При литье металлов расплавленный металл пересылается из тигля в форму для создания положительного металлического отливного объекта. Медь и форма охлаждаются, и металлический объект извлекается и доводится.

Традиционные методы литья металлов включают литье в пропадающие модели, литье в гипсовые формы, литье под давлением и литье в песок. Эти процессы литья металлов могут выполняться в литейном цехе или ювелирной мастерской.

Процессы литья металлов известны тысячелетиями и широко использовались для создания скульптур, ювелирных изделий, транспортных средств, оружия и инструментов.

Литье чаще всего используется для создания сложных форм, которые в противном случае было бы трудно или неэкономично изготовить другими методами. Тяжелое оборудование, такое как станины станков, винты кораблей и т.д., можно легко отлить требуемого размера вместо соединения нескольких мелких деталей.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Что такое литье металлов?

Какой процесс литья?

Процессы литья предполагают использование расплавленного материала, обычно металла. Этот расплавленный материал затем заливается в полость формы, принимающей форму готовой детали. Расплавленный материал затем остывает, при чем тепло обычно отводится через форму, пока он не затвердеет в желаемой форме.

Литье металлов делится на две основные категории: процессы с многоразовыми формами и процессы с разовыми формами. В обоих процессах литейщик плавит металлический материал в тигле, заливает его в форму, затем удаляет материал формы или отливку после остывания и затвердевания металла.

Базовый процесс литья металлов включает создание модели и формы, затем заливку расплавленного металла в форму. Затем вы извлекаете затвердевшую металлическую отливку и доводите свою деталь. Этот процесс настраивается для разных типов литья металлов, а также форм, размеров и многого другого.

Шаг 1: Создание модели

Прежде чем сделать форму, вы должны создать модель, определяющую форму формы. Модель может быть трехмерной моделью вашей финальной отливки. Она может быть изготовлена из воска, песка, пластика или даже дерева.

Некоторые литейщики используют формы из гипса или силикона, которые являются материалами, не выдерживающими расплавленный металл, но позволяют литейщику массово создавать восковые копии для использования в литье в разовые формы.

При создании модели обязательно учитывайте любое ожидаемое усадку при остывании металла. Модели также могут быть снабжены впускными каналами для подачи расплавленного металла в форму.

Шаг 2: Изготовление формы

После создания модели пришло время сделать форму. Как упоминалось выше, вы можете выбрать многоразовую форму, обычно изготавливаемую из металла, или разовую форму, которая может быть сделана из песка, гипса или керамической оболочки.

Каждый из этих методов изготовления форм оптимизирован для разных литейных металлов и различных уровней сложности модели. Если вы работаете с восковой или пластиковой моделью, вы можете выжечь модель внутри печи.

Шаг 3: Выбор металлического сплава

Все металлические отливки производятся из черных или цветных сплавов. Сплавы — это смесь элементов, обеспечивающих лучшие механические свойства для финальной отливки. Черные сплавы включают сталь, ковкий чугун и серый чугун.

Цветные сплавы, наиболее часто используемые в литье — алюминий, бронза и медь. Если вы работаете с драгоценными металлами в ювелирной мастерской, вы можете работать с серебром, медью, золотом и платиной.

Шаг 4: Плавка сплава

Процессы плавки варьируются между сплавами, так как каждый сплав имеет разную температуру плавки. По сути, плавка состоит в помещении твердого сплава в тигль и нагревании его над открытым пламенем или внутри печи.

Шаг 5: Заливка в форму

Залить расплавленный металл в полость формы. Если это небольшая отливка, вы можете просто залить из тигля, где металл нагревался, непосредственно в форму. Более крупная отливка может потребовать небольшой команды для поддержки нагрева металла внутри печи и пересыпки металла в более крупный тигель или ковш перед заливкой в форму.

Обязательно следуйте всем рекомендациям по безопасности при заливке расплавленного металла. Обязательно носите защитную одежду, включая одежду из натуральных волокон, длинные брюки и рукава, изолированные перчатки и защитные очки.

Работайте в хорошо проветриваемом помещении, чтобы избежать рисков от опасных паров. Убедитесь, что рядом есть огнетушитель на химической основе, и держите проход между печью и формой свободным. Дайте форме затвердеть перед переходом к следующему шагу.

Шаг 6: Извлечение отливки из формы

Когда металл остыл и затвердел, вы можете извлечь его из формы. Если вы лили в разовую форму, вы можете разбить форму от отливки. Если вы использовали гипсовую форму, вы захотите охладить гипс в воде после затвердевания металла. Вода поможет отделить форму. Для многоразовых форм можно использовать выталкивающие штыри для извлечения отливки.

Шаг 7: Доводка

Нашлифуйте и отполируйте свою твердую металлическую отливку! Это может включать очистку отливного металлического объекта, например, смывание лишнего материала формы водой, отламывание впускных каналов кусачками для мелких объектов или даже угловой шлифовальный станок для крупных деталей.

Различные типы литья

Различные типы процессов литья:

• Песчаное литье.
• Литье в пропадающие модели (инвестиционное).
• Литье под давлением (дай-кастинг).
• Низкодавленное литье.
• Центробежное литье.
• Гравитационное литье в кокиль.
• Вакуумное литье под давлением.
• Прессовое литье (сквизинг).
• Литье в пенистые модели (Lost Foam).
• Непрерывное литье.

1. Песчаное литье

Песчаное литье — один из самых популярных и простых типов литья, используемый веками. Песчаное литье позволяет производить более мелкие партии, чем литье в постоянные формы, и по очень разумной цене. Не только производители могут использовать этот метод для производства изделий по низкой стоимости, но песчаное литье также предлагает другие преимущества, такие как очень малые операции.

Процесс позволяет отливать детали, достаточно мелкие, чтобы поместиться в ладони, до достаточно крупных, как станины поездов. Песчаное литье также может лить большинство металлов в зависимости от типа песка, используемого для изготовления форм.

Песчаное литье обычно основано на силикатосодержащих материалах, таких как синтетический или естественно связанный песок. Литейный песок обычно состоит из мелко помолотых сферических зерен, которые могут быть плотно уплотнены вместе для образования гладкой поверхности формы.

Литье рассчитано на снижение риска трещин, разрывов или других дефектов за счет допущения умеренного количества гибкости и усадки во время фазы остывания. Песок также может быть усилен добавлением глины, что заставит частицы более тесно связаться. Автомобильные изделия, такие как блоки цилиндров двигателей, изготавливаются песчаным литьем.

2. Инвестиционное литье (Lost Wax)

Инвестиционное литье также известно как литье в пропадающие восковые модели. Оно использует разовую восковую модель для каждой отливной детали. В этом типе литья воск непосредственно впрыскивается в форму, удаляется, а затем покрывается огнеупорным материалом и связующим веществом, обычно в несколько этапов, для построения толстой оболочки.

Несколько образцов собираются вместе для формирования общих впускных каналов. После затвердевания оболочек модели переворачивают и нагревают в печах для удаления воска. Эти модели требуют крайней осторожности, так как они не достаточно прочны, чтобы выдерживать силы, участвующие в формообразовании. Одно преимущество инвестиционного литья — воск можно повторно использовать.

Инвестиционное литье широко используется для изготовления деталей для автомобильной, энергетической и авиакосмической промышленностей, таких как лопатки турбин. Эти отливки гарантируют изготовление высококачественных компонентов с ключевыми преимуществами: точность, повторяемость, универсальность и целостность.

3. Литье под давлением (Die Casting)

Литье под давлением — это метод формовки материалов путем прессования расплавленного металла под высоким давлением в полость формы. Большинство отливок под давлением изготавливаются из цветных металлов, особенно цинка, меди и алюминиевых сплавов. Однако литье железных деталей также возможно.

Процесс литья под давлением особенно подходит для применений, в которых требуется много мелких и средних деталей с хорошими деталями, тонкой качеством поверхности и размерной точностью.

4. Низкодавленное литье

В низкодавленном литье форма наполняется металлом из прессованной печи, давления обычно составляют около 0,7 бар. Рабочая печь расположена в нижней части вертикальной машины для литья под давлением, при чем расплавленный металл впрыскивается прямо вверх в дно формы. Давление удерживает металл в форме до затвердевания.

Одним из главных преимуществ этого процесса является точный контроль наполнения полости формы. Расплавленный металл течет быстро и плавно через впускные каналы, снижая образование оксидов и предотвращая пористость.

Этот процесс был разработан для производства осесимметричных деталей, таких как автомобильные колеса. Используя песчаные сердечники в форме, он также хорошо подходит для производства деталей с полыми профилями и сложными геометриями.

5. Центробежное литье

Центробежное литье используется для изготовления длинных цилиндрических деталей, таких как чугунные трубы, за счет использования G-сил, развивающихся в вращающейся форме. Расплавленный металл, вводимый в форму, отбрасывается на внутреннюю поверхность формы, создавая отливку, которая может быть без пустот.

Этот тип литья изначально был изобретен как процесс де Лаво с водяноохлаждаемыми формами. Процесс применяется к симметричным деталям, таким как трубы для сточных вод и крупные пушечные стволы, и имеет преимущество изготовления деталей с минимальным количеством подливок.

В случае асимметричных деталей, которые нельзя вращать вокруг собственных осей, вариант центробежного литья, называемое давленным литьем, размещает несколько деталей вокруг общего впускного канала и вращает формы вокруг этой оси.

Похожая идея используется в литье очень больших зубчатых колец и т.д. В зависимости от материала, литого, могут использоваться металлические или песчаные формы.

6. Гравитационное литье в кокиль

Гравитационное литье в кокиль — это процесс литья в постоянную форму, где расплавленный металл заливается из сосуда или ковша в форму. Полость формы заполняется ничем иным, кроме гравитации, заливку можно контролировать наклоном формы.

Подрезы и полости могут быть обработаны в форму детали с использованием песчаных сердечников. Этот тип литья предлагает лучшее качество поверхности, чем песчаное литье, а также лучшие механические свойства, оба благодаря быстрому затвердеванию.

Кроме того, этот процесс имеет более высокую скорость литья, чем песчаное литье алюминия, но металлические формы дороже песка. Преимущества этого процесса включают возможность низкой газовой пористости и достижение мелкозернистой структуры.

По сравнению с песчаным литьем, этот процесс требует меньше пост-обработки и очистки, и гравитационное литье в кокиль, как правило, приводит к более качественному продукту. Производственный процесс гравитационного литья в кокиль в целом менее рентабелен в изготовлении оснастки по сравнению с песчаным литьем.

7. Вакуумное литье под давлением

Вакуум-ассистированное литье под давлением — важная технологическая возможность. Вакуумная эвакуация полости формы уменьшает захват газа при впрыскивании металла и снижает пористость в отливке. Результат — литье под давлением с более высоким уровнем качества.

Вакуумные системы — лишь дополнение. Они не заменяют хорошую инженерную практику проектирования полости формы, впускных каналов, заслонок и переливов.

8. Прессовое литье (Squeeze Casting)

Прессовое литье, также называемое жидковой ковкой, — это гибридный процесс формовки металлов, сочетающий литье в постоянную форму с ковкой под давлением в один шаг, где определенное количество расплавленного металлического сплава заливается в предварительно нагретую и смазанную форму и впоследствии ковуется и затвердевает под давлением.

9. Литье в пенистые модели (Lost Foam)

Литье в пенистые модели (LFC) — это тип испаряющегося модели процесса литья, похожий на инвестиционное литье, за исключением того, что для модели используется пена вместо воска. Этот тип литья использует преимущество низкой точки кипения полимерных пен для упрощения процесса инвестиционного литья путем устранения необходимости выплавки воска из формы.

10. Непрерывное литье

Непрерывное литье — уточнение процесса литья для непрерывного массового производства металлических профилей с постоянным сечением. Расплавленный металл заливается в водоохлаждаемую открытую форму, позволяющую «коже» твердого металла образовываться поверх все еще жидкого центра, постепенно затвердевая металл извне внутрь.

После затвердевания пруток, как его иногда называют, непрерывно извлекается из формы. Предопределенные длины прутка могут быть отрезаны либо механическими ножницами, либо движущимися кислородно-ацетиленовыми горелками и переданы к дальнейшим формирующим процессам или на склад.

Размеры отливок могут варьироваться от полосы (несколько миллиметров толщиной на около пять метров ширины) до биллетов (90–160 мм в квадрате) до плит (1,25 м шириной на 230 мм толщиной). Иногда пруток может пройти начальный горячий прокат перед раскроем.

Непрерывное литье используется из-за более низких затрат, связанных с непрерывным производством стандартного продукта, а также повышенного качества конечного продукта. Металлы, такие как сталь, медь, алюминий и свинец, литуются непрерывно, при чем сталь — металл с наибольшими объемами, отливаемыми этим методом.

Преимущества процесса литья

Литье имеет следующие преимущества перед другими производственными процессами.

• Может экономично создавать любую сложную структуру.
• Размер объекта не имеет значения для литья.
• Отливные объекты обладают высокой сжатой прочностью.
• Все структуры, сделанные литьем, имеют широкий диапазон свойств.
• Может создавать точные объекты.
• Все материалы могут быть отлиты.
• Создает изотропную структуру.
• Это самый дешевый среди всех производственных процессов.
• Композитные компоненты могут быть легко сделаны литьем.

Недостатки процесса литья

Недостатки процесса литья следующие.

• Размерная точность: Из-за усадки в отливке размерная точность может быть под угрозой. Поэтому конструкторы должны заботиться о предоставлении допуска к продукту (модели) перед заливкой расплавленного металла.
• Низкая прочность: Из-за высокой пористости по сравнению с механически обработанной деталью.
• Пост-обработка: Требует вторичных механических операций для улучшения шероховатости поверхности.
• Ниже точка плавления: Обычно ограничено металлами с более низкой точкой плавления.
• Не подходит для мелкосерийного производства.

Применение процесса литья

• Транспорт: автомобилестроение, авиакосмическая промышленность, железные дороги и судостроение
• Тяжелое оборудование: строительство, сельское хозяйство и горное дело
• Станки: обработка, литье, прессование пластиков, ковка, экструзия и штамповка
• Заводское оборудование: химическое, нефтяное, бумажное, сахарное, текстильное, сталелитейное и тепловые электростанции
• Обороны: транспорт, артиллерия, боеприпасы, хранение и вспомогательное оборудование
• Электрические машины: двигатели, генераторы, насосы и компрессоры
• Коммунальные отливки: трубы, соединения, клапаны и фитинги
• Бытовые: приборы, кухонное и садоводческое оборудование, мебель и фитинги
• Художественные объекты: скульптуры, идолы, мебель, лампы и декоративные изделия.

Часто задаваемые вопросы

Что такое литье?

Литье — это производственный процесс, при котором жидкий материал обычно заливается в форму, содержащую полость желаемой формы, а затем дается затвердеть. Оцепеневшая деталь также называется отливкой, которая извлекается или разбивается из формы для завершения процесса.

Что означает литье?

Литье — это производственный процесс, которым расплавленный материал, такой как металл или пластик, вводится в форму, дается затвердеть внутри формы, а затем извлекается или разбивается наружу для изготовления изготовленной детали.

Что такое процесс литья?

Процессы литья предполагают использование расплавленного материала, обычно металла. Этот расплавленный материал затем заливается в полость формы, принимающей форму готовой детали. Расплавленный материал затем остывает, при чем тепло обычно отводится через форму, пока он не затвердеет в желаемой форме.

Каковы различные типы литья?

Различные типы процессов литья:

• Песчаное литье.
• Инвестиционное литье.
• Литье под давлением.
• Низкодавленное литье.
• Центробежное литье.
• Гравитационное литье в кокиль.
• Вакуумное литье под давлением.
• Прессовое литье.
• Литье в пенистые модели (Lost Foam)
• Непрерывное литье

Какой процесс литья?

Процессы литья предполагают использование расплавленного материала, обычно металла. Этот расплавленный материал затем заливается в полость формы, принимающей форму готовой детали. Расплавленный материал затем остывает, при чем тепло обычно отводится через форму, пока он не затвердеет в желаемой форме.

Что означает литье?

Литье — это производственный процесс, используемый кузнечной промышленностью для производства объекта (часто металла) определенной желаемой формы. Это достигается путем заливки горячего расплавленного металла в форму, содержащую полую полость точной требуемой формы.

Каковы 4 типа литья?

Горячие процессы формовки, такие как литье под давлением, инвестиционное литье, литье в гипс и песчаное литье, каждое обеспечивает свои уникальные производственные преимущества. Сравнение как преимуществ, так и недостатков общих типов процессов литья может помочь в выборе метода, наиболее подходящего для данного производственного запуска.

Сколько типов процессов литья существует?

Эта техника включает как минимум четыре разных метода: постоянное, под давлением, центробежное и непрерывное литье.

Что вы подразумеваете под литьем и объясните типы литья?

Литье — это производственный процесс, в котором жидкий материал обычно заливается в форму, содержащую полую полость желаемой формы, а затем дается затвердеть. Литье чаще всего используется для изготовления сложных форм, которые в противном случае было бы трудно или неэкономично изготовить другими методами.

Что такое литейный материал?

Материалы для литья обычно являются металлами или различными холодно-твердеющими материалами, которые высехают после смешивания двух или более компонентов вместе; примеры: эпоксидные смолы, бетон, гипс и глина.

Каковы типы центробежного литья?

Типы центробежного литья:

• Настоящее центробежное литье. Настоящее центробежное литье или обычно известное как нормальное центробежное литье используется для производства симметричной полой структуры с круглыми отверстиями.
• Полуцентробежное литье.
• Центрифугирование.

Что такое литье металлов?

Литье металлов — это процесс изготовления объектов путем заливки расплавленного металла в пустое формованное пространство. Медь затем остывает и затвердевает в форме, заданной этой формованной формой.

Каковы различные типы дефектов литья?

Типы дефектов литья и как их предотвратить

• Газовая пористость. Поровые отверстия. Пузыри. Открытые отверстия.
• Дефекты усадки. Открытые. Закрытые. Искривление.
• Дефекты материалов формы. Срезы и вымывы. Набухания. Опадания.
• Дефекты заливки металла. Холодный всплеск. Холодное замыкание. Недолив.
• Металлургические дефекты. Горячие трещины. Горячие точки.
• Дефекты формы отливки. Несовпадения. Заборы.

Что такое сердечник в литье?

Сердечник — это предварительно сформированный, связанный песчаный вкладыш, помещаемый в форму для формирования внутренней части отливки или части отливки, которую нельзя сформировать моделью. Сердечники часто используются для создания полых секций или полостей в отливке.

В чем разница между формовкой и литьем?

Главное различие между формовкой и литьем — использование материала в процессе. Литье обычно подразумевает металл, в то время как формовка фокусируется на пластиках. В обоих случаях расплавленный материал попадает в матрицу или форму для создания конечной формы.

Какие инструменты используются в литье?

Основные литейные инструменты — ручные инструменты, емкости и механические инструменты. Ручные инструменты состоят из уплотнителя, лопаты, сита, вент-проволоки, подъемника, шпателя, мастерка, клещи, зажима, гольфа, меха и т.д. Механические инструменты обычно используются в автоматизированных литейных цехах.

Какие материалы обычно используются для литья?

Существует четыре обычно используемых сплава для литья под давлением: алюминиевые, медные, магниевые и цинковые сплавы, несмотря на то, что некоторые другие необычные черные сплавы также могут использоваться для литья под давлением.

Как выполняется литье?

Процессы литья предполагают использование расплавленного материала, обычно металла. Этот расплавленный материал затем заливается в полость формы, принимающей форму готовой детали. Расплавленный материал затем остывает, при чем тепло обычно отводится через форму, пока он не затвердеет в желаемой форме.

Что такое центробежное литье?

Метод центробежного литья — это метод производства труб путем заливки расплавленного металла в быстро вращающуюся цилиндрическую форму, в которой центробежная сила от вращения оказывает давление на расплавленный металл.

Что такое литье в кокиль с выливкой (slush casting)?

Литье с выливкой (slush casting) — это вариант постоянного формования литья для создания полой отливки. В процессе материал заливается в форму и дается остыть до формирования оболочки материала в форме. Оставшаяся жидкость затем выливается, оставляя полую оболочку.

Можно ли лить сталь?

Многие материалы могут быть отлиты, включая несколько типов металлов и синтетиков, но чугун и сталь в частности обладают отличными механическими свойствами для широкого спектра применений.

Что такое литье в зеленый песок (green sand casting)?

Литье в зеленый песок (greensand casting) делается в песчаной форме, связанной глиной, название относится не к цвету песка, а к тому факту, что форма не выдержана. Сухие песчаные формы похожи, за исключением того, что песок выпекается перед получением любого металла.

Как выбрать метод литья?

Если вы в замешательстве, ниже приведены несколько простых советов, которые помогут вам выбрать правильный процесс литья под давлением для вашей компании.

• Сложность дизайна. Сложность дизайна, которую вы хотите для готового продукта, сыграет решающую роль в выборе процесса литья под давлением.
• Выбор материала.
• Стоимость литья.

Что такое усадочное литье (shrinkage casting)?

Усадка — это внутреннее или внешнее изменение объема, происходящее во время фазового перехода в переходе металла из жидкого состояния в твердое на открытой поверхности. Это явление происходит в таких процессах, как литье и затвердевание бетона.

Что такое дефект забора (fin defect) в литье?

Забор (flash), также известный как литейный забор или заусенцы, — это любой нежелательный и избыточный материал, прикрепленный к отливке. Обычно это тонкий лист металла, образующийся на разделительных гранях. Забор — отходный материал, который превращается в шлак после повторного плавления.

Что такое форма и сердечник?

Сердечник — это устройство, используемое в процессах литья и формовки для производства внутренних полостей и втулых углов (внутренний угол, больший 180°). Сердечник обычно является разовым элементом, который уничтожается, чтобы извлечь его из детали.

Каковы три типа чугуна?

Четыре основных типа чугуна — белый чугун, серый чугун, высоковязкий чугун и ковкий чугун.

• Белый чугун.
• Серый чугун.
• Высоковязкий чугун.
• Ковкий чугун.

Является ли форма отливкой?

Форма — это первая стадия изготовления реплики или отпечатка желаемого объекта, тогда как отливка — это конечный продукт, полученный после всего процесса. Отливка — это конечный продукт, который был сделан, и в определенных случаях отливка также может использоваться для изготовления дальнейших форм.