Специальные способы литья

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 ^oC для стали; для чугуна - 200-300 ^oC; для алюминиевых сплавов - 250-350 ^oC; для медных сплавов - 150-200 ^oC (при массивных отливках - 120-150 ^oC).

Формы для продления срока их службы смазывают одним из следующих огнеупорных материалов: SiO₂ (кварцевый мукой или маршалитом), MgO (магнезитом), Al₂O₃ (глиноземом, огнеупорной глиной или бетонитом). FeO · Cr₂O₃ (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 ^oC 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 ^oC, 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 ^oC 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 ^oC. При вытапливании модельные комплекты помещают литниковой чашей вниз.

После вытапливания модели оболочка нагревается в прокалочной печи, нагретой до температуры 600-650 ^oC. Затем температура повышается до 900 ^oC со скоростью примерно 100-150 ^oC в час. По достижении в печи900^oC, 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.