Виды отливок. Способы литья. Редкие и драгоценные металлы

Способность металла в расплавленном виде заполнять любые полости человек использует уже много лет для изготовления различных изделий.

В наше время существуют различные методы литья металлов , которые отличаются друг от друга технологией, поскольку для каждого материала нужно создать определенные условия, чтобы он мог заполнять все полости заранее подготовленной формы. Это связано с разной жидкотекучестью металлов – параметром, который характеризует способность расплава быстро растекаться.

Рассмотрим подробно, какие методы литья металлов сейчас используются в промышленности, и какие детали или заготовки можно получить при их помощи.

Самые популярные методы литья металлов:

• Литье в землю;


• Литье в кокиль;


• Центробежное литье;


• Электрошлаковое литье;


• Литье под давлением;


• Статическая заливка.

Чтобы понять, в чем заключаются особенности каждого из методов, познакомимся с их технологиями.

Литье металлов в землю

Это процесс знаменит с древних времен, в наши дни он используется преимущественно для изготовления единичных отливок.

Самое главное преимущество технологии литья металла в землю – ее невысокая стоимость, а недостаток – высокая трудоемкость.

Процесс начинается с того, что в специальном цеху изготавливают модель будущей отливки, для этого используют дерево и другие материалы.

Затем готовится формовочная смесь, она содержит в своем составе землю и другие добавки. После этого изготавливается литейная форма, в которую и заливается расплав.

После остывания заготовку извлекают из формы и отправляют на дальнейшую обработку, ее очищают пескоструйным методом или шлифуют, чтобы полностью удалить остатки формовочной земли.

Для такого литья лучше всего подходит чугун, поскольку он имеет отличную жидкотекучесть, также используются и другие металлы.

Литье металла в кокиль

Данный метод литья заключается в том, что форма (кокиль), состоящая из двух частей, одна из которых содержит стержень, соединяется перед началом процесса.

Жидкий металл заливается в форму, там он быстро остывает, и уже через несколько минут получается готовая отливка, которую можно извлекать.

Для этого метода также используются только те материалы, которые обладают хорошей жидкотекучестью, а для других видов подходит литье под давлением.

Литье металла под давлением

Заполнение формы металлом в этом случае осуществляется под высоким давлением воздуха или поршня. Применение давления помогает материалу принимать даже самую сложную конфигурацию формы, заполнять ее тончайшие канавки и повторять все изгибы.

Такие методы литья металлов требуют особенно прочных форм, которые изготавливаются из стали.

Центробежное литье

Для этого способа литья используются формы из песка или металла. Особенность заключается в том, что они вращаются вокруг оси вертикально или горизонтально во время процесса.

Расплав заливается в форму и под действием центробежных сил заполняет ее периферию, затем он затвердевает.

Таким методом целесообразнее всего изготавливать трубы, кольца и подобные элементы.

Электрошлаковое литье

Жидкий металл для этого вида литья получают при помощи электрошлакового переплава.

В качестве литейной формы используется кристаллизатор из меди с водным охлаждением, в него и попадает металл после плавления, не соприкасаясь с воздухом.

Статическая заливка металла

Это самый простой способ, при котором расплав заливается в неподвижную форму до полного ее заполнения. Затем он застывает и извлекается.

Методы литья металлов такого типа позволяют изготавливать отливки самой простой формы.

Достоинства и недостатки технологии литья металлов

Изготовление металлических изделий при помощи литья имеет свои преимущества и недостатки.

К преимуществам можно отнести относительную простоту технологий и высокую производительность, также хорошее качество полученных отливок.

Явными недостатками являются: потребность в применении специальных плавильных печей, большая энергоемкость процессов, невозможность применения метода к определенным видам металла.

Несмотря на это, многие промышленные предприятия пользуются технологией для изготовления самых различных деталей.

Кроме того, в последнее время появились технологии, позволяющие максимально автоматизировать все процессы, что сделало их менее трудоемкими.

Презентация оборудования и технологий для литья металлов на специализированной выставке

В ЦВК «Экспоцентр» весной пройдёт .

На мероприятии международного класса экспоненты из разных стран мира представят новейшие методы литья металлов и других технологий обработки, продемонстрируют оборудование и инструменты, познакомят гостей со своими последними разработками.

Заказать электронные билеты можно прямо сейчас, чтобы не пропустить самое важное событие года в области металлообработки.

В последние годы в литейном производстве повсеместно внедряются специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьем в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых специальными способами, неуклонно увеличивается.

К специальным способам относят литье: а) в постоянные металлические формы (кокиль), б) центробежное, в) под давлением, г) в тонкостенные разовые формы, д) по выплавляемым моделям, е) корковое, или оболочковое, ж) электрошлаковое литье.

Специальные способы литья позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повысить механические свойства отливок и уменьшить потери от брака; значительно снизить или исключить расход формовочных материалов; сократить производственные площади; улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Большинство операций при специальных способах литья легко поддается механизации и автоматизации.

Экономическая целесообразность замены литья в разовые песчано-глинистые формы тем или иным специальным способом зависит от масштаба производства, формы и размеров отливок, применяемых литейных сплавов и т.п. Она определяется на основе тщательного технико-экономического анализа всех затрат, связанных с новым технологическим процессом.

Одним из наиболее распространенных является литье в кокиль . Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали.

Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливок из цветных или железоуглеродистых сплавов. Стойкость кокилей зависит от материала и размеров отливки и самого кокиля, а также от соблюдения режима его эксплуатации. Ориентировочно стойкость чугунных кокилей составляет 200000 оловянно-свинцовых, 150000 цинковых, 50000 алюминиевых или 100 .5000 чугунных отливок. Кокили целесообразно применять как в массовом, так и в серийном производстве (при партии отливок не менее 300 .500 штук).

Перед заливкой металла кокили подогревают до температуры 100 .300 °С, а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Покрытие обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облегчение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. В процессе работы необходимая температура кокиля поддерживается за счет теплоты, выделяемой заливаемым металлом. После затвердевания отливку извлекают вытряхиванием или при помощи выталкивателя.

Кокильное литье позволяет снизить расход металла на прибыли и выпоры, получать отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшить их физико-механические свойства. Вместе с тем этот способ литья имеет и недостатки. Быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением - один из наиболее производительных методов получения точных фасонных отливок из цветных металлов. Сущность способа заключается в том, что жидкий или кашицеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют.

По способу создания давления различают: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, жидкую штамповку.

Наиболее распространено формообразование отливок под поршневым давлением - в машинах с горячей или холодной камерой сжатия. Сплавы, применяемые для литья под давлением, должны обладать достаточной жидкотекучестью, узким температурно-временным интервалом кристаллизации и химически не взаимодействовать с материалом пресс-форм. Для получения отливок рассматриваемым способом используют цинковые, магниевые, алюминиевые сплавы и сплавы на основе меди (латуни).

Литьем под давлением производят детали приборов: барабанчики счетных машин, корпусы фотоаппаратов и корпусные детали массой до 50 кг, головки цилиндров мотоциклетных двигателей. В отливках можно получать отверстия, надписи, наружную и внутреннюю резьбу.

Рис.5 Специальные способы литья

а – под давлением; б – центробежный.

На рис.5, а показана последовательность получения отливки на поршневой машине (с холодной вертикальной камерой сжатия). Расплавленный металл подается порцией в вертикальную камеру прессования 2. При движении вниз поршень 1 давит на металл, перемещает вниз пяту 4, в результате чего открывается питательный канал 3 и металл поступает в полость пресс-формы 5. После заполнения пресс-формы и выдержки в течение 3-30 с поршень и пята поднимаются, при этом пята отрезает литник и выталкивает пресс-остаток б. Подвижная часть пресс-формы 8 отходит вправо, и отливка 7 легко извлекается. Внутренние полости и отверстия в отливках выполняются с помощью металлических стержней.

Перед началом работы пресс-форму подогревают и смазывают. В процессе работы поддерживается необходимая температура и пресс-форма периодически смазывается.

Пресс-формы изготовляют из легированных инструментальных сталей (3Х2В8, ХВГ, Х12М и др.) и подвергают закалке с высоким отпуском. Стоимость пресс-формы в 3 .5 раз превышает стоимость кокиля.

Стойкость пресс-форм в зависимости от размеров и формы отливок составляет при литье из цинковых сплавов 300 .500 тыс. отливок, из алюминиевых - 30 .50 тыс., медных - 5 .20 тыс. отливок. Производительность поршневых машин достигает 500 отливок в час.

В условиях массового производства экономически оправдано применение литья под давлением, так как этот способ позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10 .12 раз, а трудоемкость механической обработки - в 5 .8 раз.

За счет высокой точности изготовления и обеспечения повышенных механических свойств отливок, полученных под давлением, достигается экономия до 30 .50 % металла по сравнению с литьем в разовые формы. Создается возможность полной автоматизации процесса.

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

При рассматриваемом способе литья отливки получаются плотными, очищенными от газов и неметаллических включений, с мелкозернистой структурой.

Центробежное литье высокопроизводительно (за I ч можно отлить 40 .50 чугунных труб диаметром 200 .300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (например, стали и бронзы).

Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20 .60 %.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок.

Литье по выплавляемым (вытапливаемым) моделям состоит в следующем. Металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие, механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Точность размеров и чистота поверхности получаемых отливок таковы, что позволяют сократить объем механической обработки или отказаться от нее, что особенно важно при изготовлении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

Технология производства отливок по выполняемым моделям включает следующие этапы: изготовление пресс-форм для моделей; получение восковых моделей запрессовкой модельного состава в пресс-формы; сборка блока моделей на общий питатель (в случае мелких отливок); нанесение огнеупорного покрытия на поверхность единичной модели или блока; вытапливание моделей из огнеупорных (керамических) оболочек-форм; прокаливание форм; заливка металла в горячие формы.

Разъемные пресс-формы изготовляют из стали или других сплавов по чертежу детали или ее эталону с учетом усадки модельной массы и металла отливки.

Модельный состав (например, из парафина с добавками церезина, нефтяного битума, канифоли, полиэтилена) в пастообразном состоянии запрессовывают с помощью шприца или на запрессовочном станке.

Полученные модели извлекают из пресс-форм и облицовывают в несколько слоев огнеупорным покрытием, окуная несколько раз в связующий состав и обсыпая кварцевым песком. Каждый слой покрытия подсушивается. Модель мелких отливок перед нанесением покрытия собирают в блоки, соединяя их (припаивая) с общей литниковой системой, а затем облицовывают блок.

Вытапливание моделей из керамических оболочек производится горячим воздухом или горячей водой. Модельный материал собирается для повторного использования, а полученная керамическая литейная форма с гладкой рабочей поверхностью поступает на прокаливание. Последнее необходимо для придания форме механической прочности и окончательного удаления модельного материала. Форму помещают в стальной ящик, засыпают кварцевым песком, оставляя литниковую чашу доступной для заливки металла, и прокаливают при температуре 850 .900 °С.

Заливка металла производится в горячую форму, что способствует улучшению жидкотекучести металла и позволяет получать сложнейшие тонкостенные отливки.

После охлаждения отливку очищают от слоя огнеупорного покрытия ударами вручную или на пневмовибраторах. В полостях и отверстиях остатки формы удаляются выщелачиванием в кипящем растворе едкого натра, затем отливку промывают в теплой воде с добавлением соды.

Отделение литниковой системы от отливок может производиться на токарных и фрезерных станках, вулканитовыми абразивными кругами и на вибрационных установках.

Литьем по выплавляемым моделям получают разнообразные сложные отливки для автотракторостроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов, лопаток турбин, режущих и измерительных инструментов.

Стоимость 1т отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготовляемых другими способами, и зависит от многих факторов (серийности выпуска деталей, уровня механизации и автоматизации литейных процессов и процессов механической обработки отливок).

В большинстве случаев снижение трудоемкости механической обработки, расхода металла и металлорежущего инструмента при применении точных отливок взамен поковок или отливок, полученных другими способами, дает значительный экономический эффект. Наибольший эффект достигается при переводе на литье по выплавляемым моделям деталей, в структуре себестоимости которых большую долю составляют затраты на металл и фрезерную обработку, особенно при применении труднообрабатываемых конструкционных и инструментальных материалов.

Внедрению литья по выплавляемым моделям уделяется большое внимание, так как большинство операций легко поддается механизации и автоматизации. Совместными усилиями работников научно-исследовательских институтов и передовых заводов создаются высокоэффективные автоматические линии и автоматизированные цехи для литья по выплавляемым моделям.

Литье в оболочковые формы применяется для получения отливок массой до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов. Тонкостенные (толщина стенки 6 .10 мм) формы изготовляют из песчано-смоляной смеси: мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной синтетической смолы (3 .7 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100 .120 °С (горячий способ), в результате чего смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Затем смесь дополнительно дробится до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер. Формовка производится по металлическим моделям.

Модель в литниковой системе закрепляют на подмодельной плите, нагревают до температуры 200 .250 °С и наносят на их рабочую поверхность тонкий слой разделительного состава. После этого модельной плитой закрывают горловину бункера (модель внутри) и поворачивают его на 180°. Смесь падает на нагретую модель, смола плавится и через 15 .25 с на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. Бункер снова поворачивают на 180°, оставшаяся смесь осыпается на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой помещается в печь для окончательного твердения при температуре 300 .400 °С в течение 40 .60 с. При помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели.

Скрепление (сборка) полуформ осуществляется металлическими скобами, струбцинами или быстротвердеющим клеем. Аналогичным способом изготовляют песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи чугунной дробью или сухим песком и заливают металлом, После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20 .40 % снизить массу отливок и на 40 .60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз. Этим способом получают ответственные детали машин- коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т. п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

Несмотря на большую стоимость песчано-смоляной смеси, по сравнению с песчано-глинистой, при массовом и серийном производстве отливок достигается значительный экономический эффект.

Литье в оболочковые формы применяют для изготовления деталей преимущественно из сплавов на основе железа (чугуна, углеродистой и нержавеющей стали), а также из медных и специальных сплавов.

На Киевском мотоциклетном заводе так отливают ребристые цилиндры из модифицированного хромоникелевого чугуна, на Горьковском автозаводе в оболочковых формах получают коленчатые залы из высокопрочного чугуна.

3. Изготовление изделий давлением

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ - формование металлических материалов механическими средствами без снятия стружки.

Обработка металлов давлением - группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации. Основные виды О. м. д.: прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. О. м. д. также применяется для улучшения качества поверхности.

Внедрение технологических процессов, основанных на О. м. д., по сравнению с др. видами металлообработки (литьё, обработка резанием) неуклонно расширяется, что объясняется уменьшением потерь металла, возможностью обеспечения высокого уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

О. м. д. могут быть получены изделия с постоянным или периодически изменяющимся поперечным сечением (прокатка, волочение, прессование) и штучные изделия разнообразных форм (ковка, штамповка), соответствующие по форме и размерам готовым деталям или незначительно отличающиеся от них. Штучные изделия обычно подвергаются обработке резанием. Объём удаляемого при этом металла зависит от степени приближения формы и размеров поковки или штамповки к форме и размерам готовой детали. В ряде случаев О. м. д. получают изделия, не требующие обработки резанием (болты, винты, большинство изделий листовой штамповки).

Наряду с формообразованием обработка давлением может улучшать качество и механические свойства металла. Обработка металлов давлением производится либо в "горячем" (нагретом), либо в "холодном" (соответствующем комнатной температуре) состоянии. При обработке давлением многих металлов и сплавов сначала производится горячая обработка, позволяющая использовать повышенную пластичность нагретого материала, а затем следует окончательная обработка в холодном состоянии, обеспечивающая высокое качество поверхности и точные размеры. Основные методы обработки металлов давлением - ковка, штампование, прокатка, прессование.

Ковка и штампование . Ручная ковка была исторически первым из применяемых до сих пор способов формоизменяющей обработки металлов. Первый паровой молот, появившийся в 1843, деформировал металл силой падения груза, а пар служил для поднятия последнего. Вслед за таким молотом простого действия в 1888 появился молот двойного действия, верхняя "баба" которого при движении вниз дополнительно разгоняется силой пара. Ковка и объемное штампование могут выполняться на молоте или на прессе. Ковка бывает свободная и в штампах. Штампы объемного штампования молотовые и для горячештамповочных прессов состоят из верхней (закрепляемой на верхней головке молота или пресса) и нижней частей, на соприкасающихся поверхностях которых имеются ручьи для последовательного формообразования изделий. Штампы для листового штампования (вырубные, пробивные, гибочные и др.) состоят из двух основных деталей - матрицы и входящего в нее пуансона, а иногда одна и та же часть штампа служит и пуансоном, и матрицей.

Прокатка. Обжатие прокаткой - самый распространенный процесс обработки металлов давлением. Хотя "отцом" современных методов прокатки принято считать Г.Корта, первый прокатный стан которого относится приблизительно к 1783, исторические документы свидетельствуют о том, что золото и серебро для чеканки монет прокатывались в листы во Франции еще в 1753. Существует много разных типов прокатных станов, но практически во всех таких установках обжатие осуществляется двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Валки захватывают заготовку, и из них она выходит, уменьшившись по толщине и увеличившись в длине. Возникающее при этом боковое, или поперечное, уширение в большинстве случаев незначительно. Названия прокатного стана обычно указывают на вид производимой продукции: блюминговый, слябинговый, листопрокатный, полосовой, толстолистовой. В соответствии с температурой прокатываемого металла различают станы горячей и холодной прокатки.

Прессование. Многие металлы и сплавы при повышенных температурах настолько пластичны, что их можно выдавливать под прессом через отверстие матрицы, как зубную пасту из тюбика. Таким методом прессования выдавливанием, или экструзии, можно изготавливать изделия сложного поперечного сечения. Экструзией получают, например, прутки, трубы, фасонные изделия, покрывают свинцовой оболочкой кабель. Прессованием без истечения осуществляют, в частности, операции глубокой вытяжки - превращения плоской заготовки в гильзу.

Прошивка. Операция прошивки применяется при изготовлении бесшовных труб из литых цилиндрических заготовок и экструдированных прутков. Нагретая заготовка захватывается двумя косыми (коническими) валками прошивного стана, вращающимися навстречу друг другу, и надвигается в процессе поперечно-винтовой (геликоидальной) прокатки на оправку, закрепленную посередине между валками. Из разнообразных устройств для производства бесшовных труб наиболее известен прошивной стан Маннесмана. Прошивке поддаются далеко не все металлы и сплавы, но сталь, медь и некоторые сплавы на основе меди достаточно пластичны для такой обработки, требующей очень большой деформации.

Волочение. Прутки и проволока. Диаметр прутка, полученного экструзией или прокаткой, можно уменьшить, протянув его сквозь отверстие волочильной доски (волки, или матрицы). Протягиванием через ряд волок с последовательно уменьшающимися отверстиями можно получить пруток малого диаметра. Точно так же из прутка самого малого диаметра можно получить проволоку. Обжатие проволоки, особенно очень тонкой, часто производится непрерывным протягиванием ее через ряд волок, число которых может достигать 12.

Трубы. Волочение труб обычно применяется для уменьшения наружного диаметра трубы или толщины ее стенки либо и для того и для другого. Холодное волочение обеспечивает гладкую поверхность трубы, точные размеры и улучшенные механические свойства. Такое "редуцирование" при калибровке труб осуществляется волочением через волоку с несколько уменьшенным отверстием, в центре которого закреплена оправка. Уменьшение толщины стенки трубы определяется диаметром оправки.

Выдавливание. Выдавливанием на токарнодавильном станке формуют тонкий металл, прижимая его к вращающейся оправке. Такой метод пригоден лишь для изготовления симметричных изделий кругового поперечного сечения. Для выдавливания изделий меняющегося по оси диаметра необходимы разборные оправки, допускающие съем готового изделия.

4. Изготовление неразборных соединений

Автоматическая сварка под флюсом. Сущность процесса состоит в том, что сварочная дуга 2 горит между электродной проволокой 1 и свариваемым изделием 9 под слоем сыпучего флюса 6. Теплотой дуги расплавляются основной металл, сварочная проволока и флюс. Проволока в зону горения дуги подается механически, а автомат с помощью электродвигателя движется вдоль свариваемых кромок, такой процесс сварки называется автоматическим; если же механизирована только подача проволоки, то это – механизированная сварка под флюсом. Расплавляясь, флюс образует флюсогазовый пузырь 3 и жидкий шлак 5. Расплавленный металл 4 в процессе охлаждения кристаллизуется с образованием сварного шва 8. Почти одновременно с кристаллизацией расплавленного металла твердеет расплавленный флюс - жидкий шлак, образуя шлаковую корку 7 (рис. 1). Давление в газовом пузыре составляет 5-9 г/см3 (0,5-0,9 кПа). Если в процессе сварки дуга вырывается наружу, то это указывает на недостаточный слой флюса. Разновидности сварки под флюсом представлены на рис. 2, при этом виде сварки достигается высокая производительность труда и обеспечивается получение равнопрочного шва с основным металлом.

Рис. 1. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:

1 - электрод, 2 - сварочная дуга, 3 - флюсогазовый пузырь, 4 - расплавленный металл, 5 - жидкий шлак, 6 - флюс, 7 - шлаковая корка, 8 - сварной шов, 9 - свариваемое изделие

Рис. 2. Разновидности сварки под флюсом:

а - однодуговая, б - однодуговая с расщепленным электродом, в - двухдуговая, г - трехфазной дугой;

1 - свариваемое изделие, 2 - флюс, 3 - сварочные провода, подводящие сварочный ток от источника питания к сварочной дуге, 4 - электрод

Электрошлаковая сварка. Сущность процесса заключается в следующем. В начальный период под флюсом возникает сварочная дуга, за счет теплоты дуги флюс расплавляется и образуется электропроводный шлак, который должен обладать значительным омическим сопротивлением. Сварочная дуга после расплавления флюса с образованием электропроводного шлака угасает - шунтируется, а ток, проходя по электропроводному расплавленному шлаку, выделяет такое количество теплоты, которое достаточно для плавления последующей порции флюса, основного металла и проволоки. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь образует сварной шов (рис. 3, б).

Рис. 3. Схема электрошлаковой сварки:

1 - электрод, 2 - свариваемый металл, 3 - расплавленный флюс - электропроводный шлак, 4 - расплавленный металл, 5 - медные ползуны, 6 - подача воды для охлаждения ползунов, 7 - сварной шов, 8 - флюс; Vсв - скорость сварки

Практически этот процесс (рис. 3, а) происходит между кромками основного металла 2, которые располагаются вертикально с большим зазором. Для формирования шва, т. е. для удержания расплавленного металла сварочной ванны, по обе стороны соединения устанавливаются медные ползуны 5, охлаждаемые водой. В зону сварки подается электродная проволока 1, которая под слоем флюса 8 и возбуждает горение сварочной дуги.

Преимущества этого вида сварки:

возможность сварки за один проход металла большой толщины;

не требуется удаление шлака и настройки режима сварки для выполнения последующего прохода, как это делается при других видах сварки;

возможность выполнения сварки без разделки кромок и исключение разбрызгивания металла;

возможность использования для сварки практически неограниченного количества электродов (проволок);

исключение термической обработки сварного шва при сварке сталей, склонных к образованию усадочных трещин;

высокая производительность и экономия флюса.

Недостатки этого вида сварки:

возможность сварки металла толщиной не менее 16 мм;

сварка практически возможна только в вертикальном положении;

возможно образование неблагоприятных структур за счет термической обработки шва и зоны термического влияния.

По виду электрода электрошлаковая сварка делится на сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода - без колебаний и с колебаниями электрода; по количеству электродов с общим подводом сварочного тока - на одноэлектродную, двухэлектродную и многоэлектродную.

Электронно-лучевая сварка . Этот вид сварки выполняется в камерах с разрежением до 10-4-10-6 мм рт. ст. Па. Теплота образуется за счет бомбардировки поверхности металла электронами, имеющими большие скорости, анодом является свариваемая деталь, а катодом - вольфрамовая спираль.

Электронно-лучевая сварка может выполняться без колебаний и с колебаниями электронного луча. По направлению колебаний различают электронно-лучевую сварку с продольными, поперечными, вертикальными и сложными колебаниями электронного луча.

Газовая сварка основана на плавлении свариваемого и присадочного металлов высокотемпературным газокислородным пламенем. В качестве горючего для сгорания в кислороде применяют ацетилен, водород, пропан-бутановую смесь, пары керосина, бензина, городской, природный, светильный, нефтяной, коксовый и другие газы.

Световая сварка по виду источника света подразделяется на солнечную, лазерную и искусственными источниками света. В практике пока в основном находит применение только лазерная сварка. Этот вид сварки основан на применении специального светового луча, который плавит металл. Для получения сильного светового луча используют лазерные установки.

Термитная сварка состоит в том, что свариваемые детали помещают в огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпают термит - порошкообразную смесь алюминия с железной окалиной. При горении термита развивается высокая температура (более 2000ºС), образуется жидкий металл, который при заполнении формы оплавляет кромки свариваемых изделий и заполняет зазор, образуя сварной шов.

Контактная сварка . При этом виде сварки место соединения разогревается и расплавляется теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через контактируемые места свариваемых деталей; при приложении в этом месте сжимающего усилия образуется сварное соединение. По форме сварного соединения различают точечную, шовную, стыковую, рельефную, шовно-стыковую контактную сварку и сварку по методу Игнатьева. Точечная сварка в свою очередь разделяется на одно-, двух- и многоточечную.

Стыковая сварка по характеру протекания процесса делится на сварку с прерывистым и непрерывным оплавлением и сварку сопротивлением. Контактная сварка может выполняться постоянным, переменным и пульсирующим током. По виду источника энергии контактная сварка подразделяется на конденсаторную, аккумуляторную, энергией, накопленной в магнитном поле и в мотор-генераторной системе.

Диффузионная сварка осуществляется за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации.

Газопрессовая сварка основана на нагревании концов стержней или труб по всей длине окружности многопламенными горелками до пластического состояния или плавления и последующего сдавливания стержней внешним усилием.

Ультразвуковая сварка основана на совместном воздействии на свариваемые детали механических колебаний ультразвуковой частоты и небольших сжимающих усилий.

Сварка трением . При вращении одного из стержней и соприкосновении его торца с торцом закрепленного стержня концы стержней разогреваются и с приложением осевого усилия свариваются.

Холодная сварка основана на способности срастания кристаллов металла при значительном давлении.

Индукционно-прессовая сварка . Этот вид сварки основан на разогреве токами высокой частоты концов стыкуемых стержней или труб до пластического состояния с последующим приложением осевых усилий для получения неразъемного соединения.

5. Технологии обработки металлов

Большинство деталей машин изготовляется путем обработки резанием. Заготовками таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимает­ся при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск - это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

После снятия припуска на металлорежущих станках обрабатываемая деталь приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу детали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минимальным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества детали и с необходимой шероховатостью поверхности.

В современном машиностроении имеется тенденция снижать объем обработки металлов резанием за счет повышения точности исходных заготовок.

Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 12).

Точение - операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 12.1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) - медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование - высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении - заготовка (рис. 12.2).

Сверление - операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 12.3).

Строгание - способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) - заготовка. Строгание производится на строгательных станках (рис. 12.4).

Долбление - способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) - заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 12.5).

Шлифование - процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 12.6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача - шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 12.7).

Протягивание - процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 12.8).

При изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов резанием все большее место занимают электрические и химические методы обработки. Это объясняется особыми физико-механическими свойствами этих материалов, прежде всего высокими прочностью и твердостью, достигающими или даже превышающими эти показатели у современных инструментальных материалов, что делает невозможным в ряде случаев экономически эффективное применение обычного метода резания. Кроме того, электрические и химические методы позволяют изготовлять поверхности сложных форм, обеспечивают более высокие точность обработки и качество поверхности, что повышает эксплуатационные характеристики изготовляемых деталей.

В приборостроении особое значение имеют электронноионные методы обработки (элионика), т. е. применение электронных и ионных лучей для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов. Электронография делает возможным получение структур субмикроскопических размеров.

Электрическими называют способы обработки, использующие электрическую энергию непосредственно для технологических целей путем подвода ее в зону обработки без промежуточного превращения в другие виды энергии. Преобразование электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, химическую и др.) происходит непосредственно в обрабатываемом материале. В соответствии с этим электрические методы обработки разделяют на

электротермические , использующие преимущественно тепловое действие электрического тока

электрохимические, использующие его химическое действие,

электроэрозионные , использующие эрозионное действие тока,

электромеханические , использующие его механическое действие.

Электрохимическая обработка (ЭХО) осуществляется с помощью постоянного тока низкого напряжения в среде движущихся токопроводящих жидкостей - электролитов. Снятие материала удаляемого слоя происходит вследствие его анодного растворения, т. е. преобразования электрической энергии в энергию химических связей; в результате этого материал снимаемого слоя превращается в легко удаляемые из зоны обработки химические соединения.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) осуществляется посредством импульсного электрического газового разряда, вызывающего эрозионное разрушение материала снимаемого слоя.

Электромеханическая обработка (ЭМО) использует механическое действие электрического тока; так, электрогидравлическая обработка использует действие ударных волн, возникающих в результате импульсного пробоя жидкой среды, электромагнитное формование - импульсное формоизменение силами взаимодействия магнитного тока проводника с магнитным полем, индуцированным в заготовке.

Лучевые методы обработки (JIMO) основаны на использовании для съема материала от воздействия сфокусированного луча с высокой плотностью энергии; удаление материала происходит путем испарения вследствие преобразования электрической энергии непосредственно в тепло.

Химическими называют способы обработки, использующие химическую энергию непосредственно для технологических целей; в этом случае обработку детали, т. е. снятие определенного слоя металла, осуществляют в химически активной среде. Сюда относится, например, химическое фрезерование.

Химическими называются методы обработки материалов, в которых снятие слоя материала происходит за счет химических реакций в зоне обработки. Достоинства химических методов обработки:

а) высокая производительность, обеспечиваемая относительно высокими скоростями протекания реакций, прежде всего отсутствием зависимости производительности от величины площади обрабатываемой поверхности и ее формы;

б) возможность обработки особо твердых или вязких материалов;

в) крайне малое механическое и тепловое воздействие в процессе обработки, что делает возможным обработку деталей малой жесткости с достаточно высокой точностью и качеством поверхности.

Размерное глубокое травление (химическое фрезерование) является наиболее распространенным методом химической обработки. Этим методом целесообразно пользоваться для обработки поверхностей сложных в плане форм на тонкостенных деталях, получения трубчатых деталей или листов с плавным изменением толщины по длине, а также при обработке значительного числа мелких деталей или круглых заготовок с большим; количеством обрабатываемых мест (перфорация цилиндрических поверхностей труб). Путем местного удаления этим методом из лишнего материала в ненагруженных или малонагруженных можно снизить общий вес самолетов и ракет, не снижая их прочности и жесткости. В США использование химического фрезерования позволило снизить вес крыла сверхзвукового бомбардировщика на 270 кг. Этот метод позволяет создавать новые элементы конструкций, например листы 1 переменной толщины. Химическое фрезерование находит применение также при изготовлении печатных схем радиоэлектронной аппаратуры. В этом случае у панели из изоляционного материала, покрытой с одной или двух сторон медной фольгой, травлением удаляют заданные схемой участки.

Производительность химического фрезерования определяется скоростью удаления материала по глубине. Скорость травления возрастает с повышением температуры раствора примерно на 50-60% на каждые 10° С, а также зависит от вида раствора, его концентрации и чистоты. Перемешивание раствора в процессе травления можно производить сжатым воздухом. Процесс травления определяется экзотермической реакцией, поэтому подача сжатого воздуха несколько его охлаждает, однако в основном постоянство температуры обеспечивается помещением в ванну водяных змеевиков.

Травление методом погружения имеет ряд недостатков - использование ручного труда, частичный пробой защитных пленок на необрабатываемых поверхностях. При обработке ряда деталей более перспективен струйный метод травления, при котором подача щелочи осуществляется форсунками.

Средством повышения производительности химического фрезерования является использование ультразвуковых колебаний с частотой 15-40 кгц; в этом случае производительность обработки увеличивается в 1,52,5 раза - до 10 мм/ч. Процесс химической обработки также значительно ускоряется под воздействием инфракрасного излучения направленного действия. В этих условиях отпадает необходимость в нанесении защитных покрытий, так как сильному нагреву подвергается металл по заданному контуру нагрева, остальные участки, будучи холодными, практически не растворяются.

Комбинированные методы обработки резанием используют для снятия заданного слоя металла одновременное воздействие нескольких, различных по своей физической сущности явлений или совмещение различных способов подвода энергии. Примерами комбинированных методов обработки являются рассмотренные выше способы обработки, основанные на термомеханическом воздействии,- резание с подогревом заготовок; способы обработки, основанные на одновременном механическом и химическом воздействии на срезаемый слой, например механическая обработка с подачей в зону резания активных смазочно-охлаждающих жидкостей. Сюда же относятся рассматриваемая ниже электроконтактная обработка (ЭКО), которая осуществляется удалением материала срезаемого слоя в результате совмещения электротермического, электроэрозионного и механического воздействий. Другим примером является анодно-механическая обработка (АМО) - она использует электрохимическое, электроэрозионное и механическое воздействие на обрабатываемую заготовку. В настоящее время отрабатываются метод анодно-механической обработки труднообрабатываемых материалов с наложением вибраций низкой и ультразвуковой частот, метод вибрационного сверления с вводом постоянного тока в зону резания, электроэрозионная и электрохимическая обработка с ультразвуковыми колебаниями электрода.

Литейным производством называют процессы получения фасонных изделий (отливок) путем заливки расплавленного металла в полую форму, воспроизводящую форму и размеры будущей детали. После затвердевания металла в форме получается отливка - заготовка или деталь. Отливки широко применяют в машиностроении, металлургии и строительстве.

При всем разнообразии приемов литья, сложившихся за длительный период развития его технологии, принципиальная схема технологического процесса литья практически не изменилась за более чем 70 веков его развития и включает четыре основных этапа: плавку металла, изготовление формы, заливку жидкого металла в форму, извлечение затвердевшей отливки из формы.

В последние годы в литейном производстве повсеместно внедряются специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьем в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых специальными способами, неуклонно увеличивается.

К специальным способам относят литье:

а) в постоянные металлические формы (кокиль),

б) центробежное,

в) под давлением,

г) в тонкостенные разовые формы,

д) по выплавляемым моделям,

е) корковое, или оболочковое,

ж) электрошлаковое литье.

Специальные способы литья позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повысить механические свойства отливок и уменьшить потери от брака; значительно снизить или исключить расход формовочных материалов; сократить производственные площади; улучшить, санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Одним из наиболее распространенных является литье в кокиль. Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали.

Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливок из цветных или железоуглеродистых сплавов. Стойкость кокилей зависит, от материала и размеров отливки и самого кокиля, а также от соблюдения режима его эксплуатации.

Перед заливкой металла кокили подогревают до температуры 100...300°С, а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Покрытие обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облегчение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. В процессе работы необходимая температура кокиля поддерживается за счет теплоты, выделяемой заливаемым металлом. После затвердевания отливку извлекают встряхиванием или при помощи выталкивателя.

Кокильное литье позволяет снизить расход металла на прибыли и выпоры, получать отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшить их физико-механические свойства. Вместе с тем этот способ литья имеет и недостатки. Быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением - один из наиболее производительных методов получения точных фасонных отливок из цветных металлов. Сущность способа заключается в том, что жидкий или кашицеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют.

По способу создания давления различают: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, жидкую штамповку.

Наиболее распространено формообразование отливок под поршневым давлением - в машинах с горячей или холодной камерой сжатия. Сплавы, применяемые для литья под давлением, должны обладать достаточной жидкотекучестью, узким температурно-временным интервалом кристаллизации и химически не взаимодействовав с материалом пресс-форм. Для получения отливок рассматриваемым способом используют цинковые, магниевые, алюминиевые сплавы и сплавы на основе меди (латуни) (рис. 1).

Рис. 1 - Специальные способы литья: а - под давлением; б - центробежный

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

Длинные трубы и гильзы отливают на машинах с горизонтальной осью вращения, короткие втулки, венцы большого диаметра - на машинах с вертикальной осью вращения.

Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20...60 %. К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок.

Литье, по выплавляемым (вытапливаемым) моделям состоит в следующем. Металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Технология производства отливок по выполняемым моделям включает следующие этапы: изготовление пресс-форм для моделей; получение восковых моделей запрессовкой модельного состава в пресс-формы; сборка блока моделей на общий питатель (в случае мелких отливок); нанесение огнеупорного покрытия на поверхность единичной модели или блока; вытапливание моделей из огнеупорных (керамических) оболочек-форм; прокаливание форм; заливка металла в горячие формы.

Литьем по выплавляемым моделям получают разнообразные сложные отливки для автотракторостроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов, лопаток турбин, режущих и измерительных инструментов.

Стоимость 1 т отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготовляемых другими способами, и зависит от многих факторов (серийности выпуска деталей, уровня механизации и автоматизации литейных процессов и процессов механической обработки отливок).

Литье в оболочковые формы применяется для получения отливок массой до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов.

Тонкостенные (толщина стенки 6...10 мм) формы изготовляют из песчано-смоляной смеси: мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной синтетической смолы (3...7 %). Песчаносмоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100... 120 °С (горячий способ), в результате чего смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Затем смесь дополнительно дробится до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер. Формовка производится по металлическим моделям.

Модель в литниковой системе закрепляют на подмодельной плите, нагревают до температуры 200...250 °С и наносят на их рабочую поверхность тонкий слой разделительного состава. После этого модельной плитой закрывают горловину бункера (модель внутри) и поворачивают его на 180°. Смесь падает на нагретую модель, смола правится и через 15...25 с на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. Бункер снова поворачивают на 180°, оставшаяся смесь осыпается на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой помещается в печь для окончательного твердения при температуре 300...400 "С в. течение 40.,.60 с. При помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели.

Скрепление (сборка) полуформ осуществляется металлическими скобами, струбцинами или быстротвердеющим клеем. Аналогичным способом изготовляют песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи чугунной дробью или сухим песком и заливают металлом. После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20...40 % снизить массу отливок и на 40...60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз. Этим способом получают ответственные детали машин - коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т.п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

Несмотря на большую стоимость песчано-смоляной смеси по сравнению с песчано-глинистой, при массовом и серийном производстве отливок достигается значительный экономический эффект.

Из специальных способов литья в настоящее время распространены литье в металлические формы, центробежное литье, литье под давлением, точное литье по выплавляемым моделям, литье методом вакуумного всасывания и литье в оболочковые формы.

Усовершенствование и внедрение специальных видов литья дает возможность получить отливки настолько близкие к окончательному виду изделия, что механическую обработку можно ограничить лишь чистовой и шлифованием.

Литее в металлические формы (кокильное литье)

При литее в металлические формы получаются отливки с хорошими механическими качествами благодаря мелкозернистому строению металла вследствие быстрого остывания. Отливки имеют довольно точные очертания, почти не требующие обработки, а если в них и предусматривается припуск на обработку, то в несколько раз меньше, чем при отливке в песок. При литье в металлические формы отпадают земельное хозяйство, опоки, сушильные печи, а условия работы становятся более гигиеничными (нет пыли от формовочной земли). Из-за массивности металлической формы вес отливаемых деталей ограничен.

В настоящее время с успехом применяют автоматические литейные машины, в которых закрывание и открывание металлической формы механизировано. Удаление газов из газонепроницаемых форм производиться через выпоры, через трехгранные щели и вентиляционные нитяные каналы в плоскости разъема формы, достаточные по сечению для выхода газов, но недостаточные для утечки металла.

Материал для изготовления металлической формы берется в зависимости от заливаемого в него сплава; обычно применяют серый чугун, реже - малоуглеродистую сталь. Температура формы перед заливкой должна быть не ниже 200 o C для стали; для чугуна - 200-300 o C; для алюминиевых сплавов - 250-350 o C; для медных сплавов - 150-200 o C (при массивных отливках - 120-150 o C).

Формы для продления срока их службы смазывают одним из следующих огнеупорных материалов: SiO 2 (кварцевый мукой или маршалитом), MgO (магнезитом), Al 2 O 3 (глиноземом, огнеупорной глиной или бетонитом). FeO · Cr 2 O 3 (хромистым железняком). Связующим веществом при этом обычно служит жидкое стекло.

Перед заливкой медных сплавов металлическую форму не обмазывают, а окрашивают специальной краской из варенного масла с графитом (4%) или просто смазочным маслом с парафином(по 50%) и др. Для алюминиевых сплавов формы смазывают составом из 30 г окиси цинка и 30 г жидкого стекла на 1 л воды или 200 г мела и 30 г жидкого стекла на 1 л воды.

Центробежное литье

При центробежном литье во вращающуюся форму заливают расплавленный металл, который под действием центробежных сил прижимает ее к стенкам и, застывая, принимает желаемую форму. Отливки получаются плотными, так как посторонние включения, равно как и газы, будучи легче металла, оттесняются центробежной силой к внутренней поверхности формы, а основное тело отливки приобретает плотное здоровое строение.

При центробежном литье формы делают из чугуна и хромоникелевой стали. С внутренней стороны поверхности смазываю тих слоем огнеупорного материала.

Удлиненные детали (цилиндры, втулки) отливают на машине с горизонтальной осью, а зубчатые колеса, круги, кольца, гребни винты и арматуру - на центробежной машине с вертикальной осью.

При центробежном литье можно получить отливки любой формы, а не только тела вращения. При так называемом полуцентробежном литье конфигурация отливаемых деталей образуется не только центробежной силой, но и с помощью стержней. Ось вращения формы при этом совпадает с осью симметрии отливки. При центрифугировании металл в форму подается через стояк в центре, а в полость форм, расположенных на горизонтальном столе, он попадает по литниковым каналам. Таким способом можно получить отливки и не имеющие оси симметрии. Любой конфигурации.

Литье под давлением

При литье под давлением расплавленный металл принудительно, под давлением поршня или сжатого воздуха, заполняет стальные формы и застывает в них. вынутая из формы готовая отливка не требует дальнейшей обработки.

При помощи литья под давлением можно получить очень тонкостенные детали (до 0,1 мм) с резьбой, отверстиями и сложной формы. Точность размеров деталей, отлитых под давлением, очень высокая (0,1-0,01 мм). Все отливки получаются совершенно одинаковые и взаимозаменяемыми. Изделия имеют очень мелкозернистую структуру, которая обеспечивает повышенные механические качества.

Производительность одной машины достигает 4000 и более отливок в смену.

В последнее время по способу литья под давлением весьма успешно отливают не только детали из легкоплавких металлов и легких сплавов, но и из сплавов меди - бронзы, латуни. Применяют литье под давлением и для армированных изделий, например, из цинковый и алюминиевых сплавов с залитыми в них стальными, латунными и бронзовыми втулками, сердечниками и т.п.

Для легкоплавких свинцовых и оловянных сплавов формы делают из углеродистой стали, выдерживающей до 50тыс. отливок. Для цинковых сплавов применяют хромоникелевую сталь, выдерживающую до 100 тыс. отливок. Для отливок из алюминиевых сплавов лучшим материалом для форм служит хромовольфрамовая сталь.

Недостатками литья под давлением являются необходимость применения дорогостоящих стальных форм и специальной установки для сжатого воздуха, а также ограниченные размеры и вес отливок. Большие трудности представляет литье под давлением стальных деталей.

Литье в оболочковые (корковые) формы

К передовым технологическим способам литья, позволяющим изготовлять наиболее точные отливки с минимальной механической обработкой, с уменьшением расхода металла на стружку относиться литье в оболочковой форме.

Для получения литья в оболочковые формы на нагретые металлические плиты с закрепленными на них металлическими моделями и литниковой системой наносится слой песчано-бакелитовой смеси. Нагретая до 150-200 o C модельная оснастка расплавляет бакелит. Который смачивает зерна формовочного материала, прилипающего к модели. Избыток смеси, не прилипший к модели, удаляется, а модельная плита с коркой смеси толщиной 7-10 мм помещается в печь, нагретую до 300-350 o C, где быстро (1-3 мин.) происходит затвердевание корки на модели. Жесткая корка, снятая с модели (полуформа), спаривается с соответствующей ей другой оболочковой полуформой и заливается металлом.

Материалом для оболочковых форм, заливаемых, чугуном или цветными металлами и сплавами, служит мелкозернистый кварцевый песок с 10% бакелитовой смолы. С целью улучшения поверхности стальных отливок иногда применяют хромистый железняк, хромомагнезит, магнезит и другие добавки, повышающие огнеупорность, но удорожающие стоимость песчано-смоляной смеси.

Замена обычной песчаной формы только оболочкой (коркой) сокращает расход формовочных смесей на 50-90 %, повышает точность размеров и чистоту поверхности отливки, увеличивает съем с квадратного метра производственной площади, снижает стоимость отливки.

Точное литье по выплавляемым моделям

В этом способе литья модели изготавливается из легковыплавляемого материала - парафина со стеарином и др. на модели, изготовленные с большой точностью, наносится прочная оболочка, которая обеспечивает проведение операций вытапливания моделей, прокаливания и заливки жидким металлом без применения наполнителей и опок, затрудняющих ранее производство точного литья по выплавляемым моделям. На выплавляемую модель наноситься несколько (2-5 слоев), состоящих из кварцевой муки и гидролизованного раствора этилсиликата (или их заменителей). Последний слой наносится из массы, придающей керамической оболочке необходимую прочность после вытапливания модели и прокаливания оболочки. Хорошие результаты обеспечиваются составом из: 40-45% раствора жидкого стекла с удельным весом 1,32 и 60-65 % по весу кварцевой муки (маршалита, молотого кварцевого песка или плавленого кварца), просеянной через сито № 100. нанесенные слои, присыпанные песком, подвергаются воздушной сушке при температуре 20-25 o C в течении не менее 4 час. Или электросушке (10 мин).

При электросушке одновременно вытапливается модель, а при воздушной сушке модель вытапливается 20-40 мин. В термостате, нагретом до 150-180 o C. При вытапливании модельные комплекты помещают литниковой чашей вниз.

После вытапливания модели оболочка нагревается в прокалочной печи, нагретой до температуры 600-650 o C. Затем температура повышается до 900 o C со скоростью примерно 100-150 o C в час. По достижении в печи900 o C, прокаливание заканчивается, оболочка удаляется из печи и подается на заливку.

Во избежании образования окалины на отливку из-за доступа воздуха через оболочку и в целях обеспечения техники безопасности оболочку перед заливкой металлом помещают в кожух из тонкого железа на поддоне и засыпают зазор сухим песком (а при необходимости быстрого охлаждения - металлической дробью), накрыв конической крышкой литниковую чашу. Крышку перед заливкой металла удаляют.

Отливки получаются без швов (у форм нет разъемов), размеры отливок получаются точными, чем при литье в землю, так как здесь исключены причины потери точности от расколачивания формы моделью при ее извлечении, перекос половинок формы, подъем верхней опоки и раздутие формы под давлением жидкого металла и т.п. Точность отливок, получаемых по выплавляемым моделям, достигает ± 0,05 мм на 25 мм длины отливки, а чистота поверхности получается в пределах 4-6-го классов по ГОСТ 2789-51.

Этим способом отливают из стали, чугуна и цветных металлов изделия от нескольких граммов до 50 кг, а художественные отливки - до 100 кг и габаритом до 1,5 м.

Применение точного литья целесообразно ля изготовления деталей; 1) из стали и сплавов трудно поддающихся или не поддающихся механической обработке (режущий инструмент, нуждающийся только в заточке его режущей кромки на наждачном круге); 2) сложной конфигурации, требующей длительной и сложной механической обработки, большого количества приспособлений и специальных режущих инструментов, с неизбежной потерей ценного металла в виде стружки при обработки (турбины лопатки, части механизма швейных машин, охотничьих ружей, счетных машин); 3) художественной отливки из черных и цветных сплавов.

Имеются и многие другие области применения точного литья по выплавляемым моделям.

Литье методом вакуумного всасывания

Сущность литья методом вакуумного всасывания заключается в том, что тонкостенная, непрерывно охлаждаемая водой форма - кристаллизатор, связанная с вакуум - системой, погружается в ванну с расплавленным металлом.

Вакуумным всасыванием заполняется полость кристаллизатор, стенки которого благодаря охлаждению водой обеспечивают интенсивную кристаллизацию от стенок к центру.

Требуемая толщина стенки отливки регулируется продолжительностью выдержки кристаллизатора под вакуумом.

Получение отливок методом вакуумного всасывания осуществляется на специальной установке. Регулирование продолжительности выдержки кристаллизатора под вакуумом возможно с точностью до 0,1 сек. при автоматической установке включения и выключения вакуума.

После снятия вакуума не успевшая закристаллизоваться часть метла стекает обратно в ванну. Отлитая заготовка выпадает сама за счет усадки металла и конусности кристаллизатора.

Бронзовые отливки, полученные методом вакуумного всасывания, имеют лучшую структуру и более высокие механические свойства, чем отливки, полученные другими способами литья.

Изготовление отливок вакуумным всасыванием успешно применяется, например, при получении заготовок для втулок из цветных металлов. Этим способом устраняется брак по газовым раковинам и пористости.

Выбивка, обувка, очистка и контроль литья

В индивидуальном производстве отливку из земляничной формы вынимают вручную, выбивая из опок формовочную смесь, разрыхляя ее ломом и ударяя по поверхности формы и по стенкам опоки.

В современных литейных цехах выбивают литье и стержни из отливок механизированном путем на выбивных решетках.

Выбиваемая земля проваливается через решетку из формы, установленной на опоры. Вибраторы проводят в действие сжатым воздухом, который подводят по трубе, нажимая ногой на педаль.

Стержни из отливок удаляются вручную или при помощи пневмонических вибрационных машин, либо струей вода в гидравлической камере. Отливка в камере помещается на поворотный решетчатый стол и на нее направляется из сопла диаметром 4-8 мм струя воды под давлением 25-100 ат. Вода со стержневой смесью сливается через решетчатый пол камеры в отстойник.

Выбивку отливок производят на решетках при температуре около 1000 o , а транспортировку их в очистное и обрубное отделение - охладительными конвейерами.

Литники и прибыли на стальном литье удаляют дисковой пилой и на отливках из других вязких металлов ленточными пилами. Для удаления прибылей применяют также газовую резку.

Вручную обрубка литников производится с помощью молотка и зубила. У мелких и средних отливок литники удаляют на отрубных прессах; у очень мелких отливок во избежание поломки их - ленточной пилой. Заливы и другие неровности выравниваются ручными или пневмоническими зубилами.

Поверхность мелких отливок успешно очищается от песка во вращающихся барабанах, в которых вместе с отливками загружаются звездочки из белого чугуна; кроме того, изделия очищаются пескоструйными аппаратами.

Очистка пескоструйными аппаратами производится струей сжатого воздуха, несущего с собой кварцевый песок. Песчинки, с силой ударяясь о поверхности отливки, снимают с нее пригоревшую землю, и поверхность становиться чистой, матовой.

В последнее время вместо песка начали применять дробь из белого чугуна, изготовляемую путем разбрызгивания струи жидкого чугуна струей воды или воздуха. Мелкие капли чугуна, быстро охлаждаясь водой, получают твердость белого чугуна. Их отсеивают в виде дробинок размером 0,5-2 мм, а более крупные толкут, и остроугольные осколки добавляют к дроби. При чугунной дроби пыли меньше, и работа протекает в более гигиенических условиях. Расход дроби 2,4-3,5 кг на 1 т литья (меньше, чем расход песка, в 25-35 раз) при давлении воздуха до 5-6 ат.

Для очистки массивных отливок сложной конфигурации применяется гидравлическая очистка струй воды под давлением до 150 ат. Очистка производиться быстро и при полном отсутствии пыли, что очень важно с точки зрения охраны труда рабочих. При гидравлической очистке попутно вымываются из отливок и стержни.

Механизация удаления стержней из отливок введением гидроочистительного устройства и удаления стержней совместно с очисткой поверхности отливок от пригоревшей смеси (пескогидравлическая очистка) снижает трудоемкость очистки примерно в 10 раз.

До обрубки литников и очистки литье осматривают, чтобы выяснить, нет ли в отливках грубых дефектов, вследствие которых передавать литье в очистку и обрубку было бы уже нецелесообразно. Имеются разнообразные классификаторы брака (таблицы и инструкции). Ими пользуются не только при контроле отливок, но и при борьбе с браком и для предупреждения его.

Задачами технического контроля являются анализ брака литейного цеха. Определение различных видов и причин брака и принятие мер по борьбе совместно с администрацией литейного цеха.

Осуществляются контроль исходного сырья и материалов, поступающих в литейный цех, модельного и опочного инвентаря, проверка технологических процессов, готовой продукции на основе существующих технических условий. Контрольный отдел подчинен непосредственно директору завода.

Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью – способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали. Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы – это сталь, ковкий чугун и литейный чугун. К цветным относятся все другие металлы, не содержащие в значительных количествах железа. Для литья применяются, в частности, сплавы на основе меди, никеля, алюминия, магния, свинца и цинка. СПЛАВЫ.

Черные металлы.

Стали.

Различают пять классов сталей для промышленного литья: 1) малоуглеродистые (с содержанием углерода менее 0,2%); 2) среднеуглеродистые (0,2–0,5% углерода); 3) высокоуглеродистые (более 0,5% углерода); 4) низколегированные (менее 8% легирующих элементов) и 5) высоколегированные (более 8% легирующих элементов). На среднеуглеродистые стали приходится основная масса отливок из черных металлов; такие отливки представляют собой, как правило, промышленную продукцию стандартизованной сортности. Различные виды легированных сталей разработаны для достижения высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, теплостойкости и усталостной прочности. Литые стали по своим свойствам близки к кованой стали. Предел прочности такой стали при растяжении составляет от 400 до 1500 МПа. Масса отливок может изменяться в широком диапазоне – от 100 г до 200 т и более, толщина в сечении – от 5 мм до 1,5 м. Длина отливки может превышать 30 м. Сталь – универсальный материал для литья. Благодаря своей высокой прочности и пластичности она представляет собой превосходный материал для машиностроения.

Ковкий чугун.

Существуют два основных класса ковкого чугуна: обычного качества и перлитный. Делают отливки также из некоторых легированных ковких чугунов. Предел прочности при растяжении ковкого чугуна составляет 250–550 МПа. Благодаря своей усталостной прочности, высокой жесткости и хорошей обрабатываемости он идеален для станкостроения и многих других массовых производств. Масса отливок составляет от 100 г до нескольких сот килограммов, толщина в сечении обычно не более 5 см.

Литейный чугун.

К литейным чугунам относят широкий диапазон сплавов железа с углеродом и кремнием, содержащих 2–4% углерода. Для литья применяются четыре основных вида литейного чугуна: серый, белый, отбеленный и половинчатый. Предел прочности при растяжении литейного чугуна составляет 140–420 МПа, а некоторых легированных литейных чугунов – до 550 МПа. Для литейного чугуна характерны низкая пластичность и низкая ударная прочность; у конструкторов он считается хрупким материалом. Масса отливок – от 100 г до нескольких тонн. Отливки из литейного чугуна применяются практически во всех отраслях промышленности. Их себестоимость невелика, и они легко обрабатываются резанием.

Чугун с шаровидным графитом.

Шаровидные включения графита придают чугуну пластичность и другие свойства, выгодно отличающие его от серого чугуна. Шаровидность включений графита достигается путем обработки чугуна магнием или церием непосредственно перед литьем. Предел прочности при растяжении чугуна с шаровидным графитом составляет 400–850 МПа, пластичность – от 20 до 1%. Правда, для чугуна с шаровидным графитом характерна низкая ударная прочность образца с надрезом. Отливки могут иметь как большую, так и малую толщину в сечении, масса – от 0,5 кг до нескольких тонн.

Цветные металлы.

Медь, латунь и бронза.

Существует много различных сплавов на основе меди, пригодных для литья. Медь применяется в тех случаях, когда необходима высокая тепло- и электропроводность. Латунь (сплав меди с цинком) используется, когда желателен недорогостоящий, умеренно коррозионностойкий материал для изготовления разнообразных изделий общего назначения. Предел прочности при растяжении литой латуни составляет 180–300 МПа. Бронза (сплав меди с оловом, к которому могут добавляться цинк и никель) применяется в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Предел прочности при растяжении литых бронз составляет 250–850 МПа.

Никель.

Медно-никелевые сплавы (типа монель-металла) обладают высокой коррозионной стойкостью. Для сплавов никеля с хромом (типа инконеля и нихрома) характерно высокое тепловое сопротивление. Молибдено-никелевые сплавы отличаются высокой стойкостью к соляной кислоте и окисляющим кислотам при повышенных температурах.

Алюминий.

Литые изделия из алюминиевых сплавов в последнее время применяются все шире благодаря их легкости и прочности. Такие сплавы обладают довольно высокой коррозионной стойкостью, хорошей тепло- и электропроводностью. Прочность на растяжение литых алюминиевых сплавов находится в пределах от 150 до 350 МПа.

Магний.

Магниевые сплавы применяются там, где на первом месте стоит требование легкости. Предел прочности при растяжении литых магниевых сплавов составляет 170–260 МПа.

Титан.

Титан – прочный и легкий материал – плавится в вакууме и отливается в графитовые формы. Дело том, что в процессе охлаждения поверхность титана может загрязняться вследствие реакции с материалом формы. Поэтому титан, отлитый в какие-либо другие формы, кроме форм из механически обработанного и прессованного порошкового графита, оказывается сильно загрязненным с поверхности, что проявляется в повышенной твердости и низкой пластичности при изгибе. Титановое литье применяется главным образом в авиакосмической промышленности. Прочность на растяжение литого титана – свыше 1000 МПа при относительном удлинении 5%.

Редкие и драгоценные металлы.

Отливки из золота, серебра, платины и редких металлов применяются в ювелирном деле, зубоврачебной технике (коронки, пломбы), литьем изготавливаются также некоторые детали электронных компонентов.

СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

Основные способы литья таковы: статическая заливка, литье под давлением, центробежное литье и вакуумная заливка.

Статическая заливка.

Чаще всего применяется статическая заливка, т.е. заливка в неподвижную форму. При таком способе расплавленный металл (или неметалл – пластмасса, стекло, керамическая суспензия) просто заливается в полость неподвижной формы до ее заполнения и выдерживается до затвердевания.

Литье под давлением.

Литейная машина заполняет металлическую (стальную) литейную форму (которая обычно называется пресс-формой и может быть многогнездной) расплавленным металлом под давлением от 7 до 700 МПа. Преимущества такого метода – высокая производительность, высокое качество поверхности, точные размеры литого изделия и минимальная потребность в его механической обработке. Типичные металлы для литья под давлением – сплавы на основе цинка, алюминия, меди и олова-свинца. Благодаря низкой температуре плавления такие сплавы весьма технологичны и позволяют обеспечить малые допуски на размеры и превосходные характеристики отливок.

Сложность конфигурации отливок в случае литья под давлением ограничивается тем, что при отделении от пресс-формы отливка может быть повреждена. Кроме того, несколько ограничена толщина изделий; более предпочтительны изделия тонкого сечения, в котором расплав быстро и равномерно затвердевает.

Литейные машины для литья под давлением бывают двух типов – с холодной и горячей камерой прессования. Машины с горячей камерой прессования применяются в основном для сплавов на основе цинка. Горячая камера прессования погружена в расплавленный металл; под небольшим давлением сжатого воздуха или под действием поршня жидкий металл вытесняется из горячей камеры прессования в пресс-форму. В литейных машинах с холодной камерой прессования расплавленный алюминиевый, магниевый или медный сплав заполняет пресс-форму под давлением от 35 до 700 МПа.

Отливки, полученные литьем под давлением, применяются во многих бытовых приборах (пылесосах, стиральных машинах, телефонных аппаратах, светильниках, пишущих машинках) и очень широко – в автомобильной промышленности и в производстве компьютеров. Отливки могут быть массой от нескольких десятков граммов до 50 кг и более.

Центробежное литье.

При центробежном литье расплавленный металл заливается в песочную или металлическую литейную форму, вращающуюся вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Под действием центробежных сил металл отбрасывается от центрального литника к периферии формы, заполняя ее полости, и затвердевает, образуя отливку. Центробежное литье экономично и для некоторых видов изделий (осесимметричных типа труб, колец, обечаек и т.д.) более подходит, нежели статическая заливка.

Вакуумная заливка.

Такие металлы, как титан, легированные стали и жаропрочные сплавы, плавятся в вакууме и заливаются в многократные формы, например графитовые, помещенные в вакуум. При этом методе значительно снижается содержание газов в металле. Слитки и отливки, получаемые вакуумной заливкой, весят не более нескольких сот килограммов. В редких случаях большие количества стали (100 т и более), выплавленной по обычной технологии, разливают в вакуумной камере в установленные в ней изложницы или литейные ковши для дальнейшего литья на воздухе. Металлургические вакуумные камеры больших размеров откачиваются многонасосными системами. Получаемая таким методом сталь используется для изготовления специальных изделий ковкой или литьем; этот процесс называется вакуумной дегазацией.

ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ

Литейные формы делятся на многократные и разовые (песочные). Многократные формы бывают металлические (изложницы и кокили), либо графитовые или керамические огнеупорные.

Многократные формы.

Металлические формы (изложницы и кокили) для стали делают обычно из чугуна, иногда – из жаростойкой стали. Для литья цветных металлов, таких, как латунь, цинк и алюминий, пользуются чугунными, медными и латунными формами.

Изложницы.

Это наиболее распространенный вид многократных литейных форм. Чаще всего изложницы делают из чугуна и применяют для получения стальных слитков на начальном этапе производства кованой или катаной стали. Изложницы относятся к открытым литейным формам, поскольку металл заполняет их сверху самотеком. Применяются также «сквозные» изложницы, открытые и сверху, и снизу. Высота изложниц может составлять 1–4,5 м, диаметр – от 0,3 до 3 м. Толщина стенки отливки зависит от размеров изложницы. Конфигурация может быть разной – от круглой до прямоугольной. Полость изложницы несколько расширяется кверху, что необходимо для извлечения слитка.

Готовая к заливке изложница располагается на толстой чугунной плите. Как правило, изложницы заполняются сверху. Стенки полости изложницы должны быть гладкими и чистыми; при заливке нужно следить за тем, чтобы металл не расплескивался и не разбрызгивался на стенки. Залитый металл затвердевает в изложнице, после чего слиток вынимают («раздевают слиток»). После остывания изложницы ее чистят изнутри, опрыскивают формовочной краской и используют снова. Одна изложница позволяет получить 70–100 слитков. Для дальнейшей обработки ковкой или прокаткой слиток нагревают до высокой температуры.

Кокили.

Это закрытые металлические литейные формы с внутренней полостью, соответствующей конфигурации изделия, и литниковой (заливочной) системой, которые выполняются путем механической обработки в чугунном, бронзовом, алюминиевом или стальном блоке. Кокиль состоит из двух или большего числа деталей, после соединения которых остается лишь небольшое отверстие сверху для заливки расплавленного металла. Для формования внутренних полостей в кокиль закладываются гипсовые, песочные, стеклянные, металлические или керамические «стержни». Литьем в кокиль получают отливки из сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца.

Литье в кокиль применяется лишь в тех случаях, когда требуется получить не менее 1000 отливок. Ресурс кокиля достигает нескольких сотен тысяч отливок. Кокиль идет в скрап, когда (из-за постепенного выгорания от расплавленного металла) начинает недопустимо снижаться качество поверхности отливок и перестают выдерживаться расчетные допуски на их размеры.

Графитовые и огнеупорные формы.

Такие формы состоят из двух или большего числа деталей, при соединении которых образуется требуемая полость. Форма может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную поверхность разъема либо разбираться на отдельные блоки; это облегчает извлечение отливки. После извлечения форму можно собрать и использовать снова. Графитовые формы допускают сотни отливок, керамические – лишь несколько.

Графитовые многократные формы можно изготовить путем механической обработки графита, а керамические легко формуются, так что они значительно дешевле металлических форм. Графитовые и огнеупорные формы могут использоваться для повторного литья в случае неудовлетворительных отливок, полученных литьем в кокиль.

Огнеупорные формы делают из фарфоровой глины (каолина) и других высокоогнеупорных материалов. При этом используются модели из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразный или гранулированный огнеупор замешивают с глиной на воде, полученную смесь формуют и заготовку литейной формы обжигают так же, как кирпичи или посуду.

Разовые формы.

На песочные литейные формы налагается гораздо меньше всяческих ограничений, нежели на любые другие. Они пригодны для получения отливок любых размеров, любой конфигурации, из любого сплава; они наименее требовательны к конструкции изделия. Песочные формы изготавливают из пластичного огнеупорного материала (обычно кремнистого песка), придавая ему нужную конфигурацию, чтобы залитый металл по затвердевании сохранил эту конфигурацию и мог быть отделен от формы.

Формовочную смесь получают, замешивая на воде в специальной машине песок с глиной и органическими связующими.

При изготовлении песчаной формы в ней предусматривают верхнее литниковое отверстие с «чашей» для заливки металла и внутреннюю литниковую систему каналов для питания отливки расплавленным металлом в процессе затвердевания, так как иначе из-за усадки при затвердевании (свойственной большинству металлов) в отливке могут образовываться пустоты (усадочные раковины).

Оболочковые формы.

Такие формы бывают двух типов: из материала с низкой температурой плавления (гипс) и из материала с высокой температурой плавления (на основе тонкого порошка диоксида кремния). Гипсовую оболочковую форму изготавливают, замешивая на воде гипсовый материал с крепителем (быстроотверждающимся полимером) до тонкой консистенции и облицовывая такой смесью модель отливки. После того как материал формы затвердеет, ее разрезают, обрабатывают и сушат, а затем «спаривают» две полуформы и заливают. Такой способ литья пригоден только для цветных металлов.

Литье по восковым выплавляемым моделям.

Такой метод литья применяется для драгоценных металлов, стали и других сплавов с высокой температурой плавления. Сначала изготавливают пресс-форму, соответствующую отливаемой детали. Ее обычно выполняют из легкоплавкого металла или (механической обработкой) из латуни. Затем, заполняя пресс-форму парафином, пластмассой или ртутью (после этого замораживаемой), получают модель для одной отливки. Модель облицовывают огнеупорным материалом. Материал оболочковой формы получают из тонкого порошка огнеупора (например, пудры диоксида кремния) и жидкого связующего. Слой огнеупорной облицовки уплотняют вибрацией. После того как он затвердеет, форму нагревают, парафиновая или пластмассовая модель расплавляется и жидкость вытекает из формы. Затем форму обжигают для удаления газов и в нагретом состоянии заливают жидким металлом, который поступает самотеком, под давлением сжатого воздуха или под действием центробежных сил (в машине для центробежного литья).

Керамические формы.

Керамические формы изготавливаются из фарфоровой глины, силлиманита, муллита (алюмосиликаты) или других высокоогнеупорных материалов. При изготовлении таких форм обычно пользуются моделями из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразные или гранулированные огнеупорные материалы смешивают с жидким связующим (этилсиликатом) до студнеподобной консистенции. Только что изготовленная форма пластична, так что модель можно извлечь из нее, не повредив полость формы. Затем форму обжигают при высокой температуре и заливают расплавом нужного металла – стали, твердого хрупкого сплава, сплава на основе редких металлов и пр. Такой метод позволяет изготавливать формы любых типов и пригоден как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства.