Виды литья

1.4 Литьё по выплавляемым моделям

Ещё один способ литья металлов — по выплавляемой модели — применяется в случаях изготовления деталей высокой точности (например лопатки турбин и т. п.) Из легкоплавкого материала: парафин, стеарин и др., (в простейшем случае — из воска) изготавливается точная модель изделия и литниковая система. Наиболее широкое применение нашёл модельный состав П50С50 состоящий из 50 % стеарина и 50 % парафина, для крупногабаритных изделий применяются солевые составы менее склонные к короблению. Затем модель окунается в жидкую суспензию на основе связующего и огнеупорного наполнителя. В качестве связующего применяют гидролизованный этилсиликат марок ЭТС 32 и ЭТС 40, гидролиз ведут в растворе кислоты, воды и растворителя (спирт, ацетон). В настоящее время в ЛВМ нашли применения кремнезоли не нуждающиеся в гидролизе в цеховых условиях и являющиеся экологически безопасными. В качестве огнеупорного наполнителя применяют: электрокорунд, дистенсилиманит, кварц и т. д. На модельный блок (модель и ЛПС) наносят суспензию и производят обсыпку, так наносят от 6 до 10 слоёв. С каждым последующим слоем фракция зерна обсыпки меняются для формирования плотной поверхности оболочковой формы. Сушка каждого слоя занимает не менее получаса, для ускорения процесса используют специальные сушильные шкафы, в которые закачивается аммиачный газ. Из сформировавшейся оболочки выплавляют модельный состав: в воде, в модельном составе, выжиганием, паром высокого давления. После сушки и вытопки блок прокаливают при температуре примерно 1000 для удаления из оболочковой формы веществ способных к газообразованию. После чего оболочки поступают на заливку. Перед заливкой блоки нагревают в печах до 1000. Нагретый блок устанавливают в печь и разогретый металл заливают в оболочку. Залитый блок охлаждают в термостате или на воздухе. Когда блок полностью охладится его отправляют на выбивку. Ударами молота по литниковой чаше производится отбивка керамики, далее отрезка ЛПС. Таким образом получаем отливку.

Преимущества  этого способа: возможность изготовления деталей из сплавов, не поддающихся  механической обработке; получение  отливок с точностью размеров до 11 — 13 квалитета и шероховатостью поверхности Ra 2,5—1,25 мкм, что в ряде случаев устраняет обработку резанием; возможность получения узлов машин, которые при обычных способах литья пришлось бы собирать из отдельных деталей. Литье по выплавляемым моделям используют в условиях единичного (опытного), серийного и массового производства.

В силу большого расхода металла и  дороговизны процесса ЛВМ применяют  только для ответственных деталей.

Процесс литья по выплавляемым моделям базируется на следующем основном принципе:

• Копия или модель конечного изделия  изготавливаются из легкоплавкого  материала.

• Эта модель окружается керамической массой, которая затвердевает и образует форму.

• При последующем нагревании (прокалке) формы модель отливки расплавляется  и удаляется.

• Затем в оставшуюся на месте удалённого воска полость заливается металл, который точно воспроизводит  исходную модель отливки.

1.5 Литьё по газифицируемым моделям

Литьё по газифицируемым моделям (ЛГМ) из пенопласта по качеству фасонных отливок, экономичности, экологичности и высокой культуре производства наиболее выгодно. Мировая практика свидетельствует о постоянном росте производства отливок этим способом, которое в 2007 году превысило 1,5 млн т/год, особенно популярна она в США и Китае (в одной КНР работает более 1,5 тыс. таких участков), где всё больше льют отливок без ограничений по форме и размерам. В песчаной форме модель из пенопласта при заливке замещается расплавленным металлом, так получается высокоточная отливка. Чаще всего форма из сухого песка вакуумируется на уровне 50 кПа, но также применяют формовку в наливные и легкоуплотняемые песчаные смеси со связующим. Область применения  — отливки массой 0,1—2000 кг и более, тенденция расширения применения в серийном и массовом производстве отливок с габаритными размерами 40—1000 мм, в частности, в двигателестроении для литья блоков и головок блоков цилиндров и др.

На 1 тонну годного литья расходуется 4 вида модельно-формовочных (неметаллических) материалов:

• кварцевого песка — 50 кг,
• противопригарного покрытия — 25 кг,
• пенополистирола — 6 кг,
• плёнки полиэтиленовой — 10 кв.м.

Отсутствие  традиционных форм и стержней исключает  применение формовочных и стержневых смесей, формовка состоит из засыпки  модели песком с повторным его  использованием на 95-97 %.

1.6 Центробежное литье

Центробежный  метод литья (центробежное литьё) используется при получении отливок, имеющих  форму тел вращения. Подобные отливки  отливаются из чугуна, стали, бронзы и  алюминия. При этом расплав заливают в металлическую форму, вращающуюся  со скоростью 3000 об/мин.

Под действием центробежной силы расплав  распределяется по внутренней поверхности  формы и, кристаллизуясь, образует отливку. Центробежным способом можно получить двухслойные заготовки, что достигается  поочерёдной заливкой в форму  различных сплавов. Кристаллизация расплава в металлической форме  под действием центробежной силы обеспечивает получение плотных  отливок.

При этом, как правило, в отливках не бывает газовых раковин и шлаковых включений. Особыми преимуществами центробежного литья является получение  внутренних полостей без применения стержней и большая экономия сплава в виду отсутствия литниковой системы. Выход годных отливок повышается до 95 %.

В нашем производстве используют машины с горизонтальными осями вращения. Широким спросом пользуются отливки  втулок, гильз и других заготовок, имеющих форму тела вращения, произведенные  с помощью метода центробежного  литья. Что такое центробежное литьё?

Центробежное  литье — это способ получения отливок в металлических формах. При центробежном литье расплавленный металл, подвергаясь действию центробежных сил, отбрасывается к стенкам формы и затвердевает. Таким образом получается отливка. Этот способ литья широко используется в промышленности, особенно для получения пустотелых отливок (со свободной поверхностью).

Технология  центробежного литья обеспечивает целый ряд преимуществ, зачастую недостижимых при других способах, к примеру:

• Высокая износостойкость.
• Высокая плотность металла.
• Отсутствие раковин.
• В продукции центробежного литья отсутствуют неметаллические включения и шлак.

Центробежным  литьём получают литые заготовки, имеющие  форму тел вращения:

• втулки;
• венцы червячных колёс;
• барабаны для бумагоделательных машин;
• роторы электродвигателей.

Наибольшее  применение центробежное литьё находит  при изготовлении втулок из медных сплавов, преимущественно оловянных  бронз.

По  сравнению с литьём в неподвижные  формы центробежное литьё имеет  ряд преимуществ: повышаются заполняемость форм, плотность и механические свойства отливок, выход годного. Однако для его организации необходимо специальное оборудование; недостатки, присущие этому способу литья: неточность размеров свободных поверхностей отливок, повышенная склонность к ликвации компонентов сплава, повышенные требования к прочности литейных форм.

1.7 Литьё в оболочковые формы

Литьё в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зёрен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Предпочтительно применение плакированных песчаных зёрен (покрытых слоем синтетической смолы).

Оболочковую форму получают одним из двух методов. Смесь насыпают на металлическую  модель, нагретую до 300 °C, выдерживают в течение нескольких десятков секунд до образования тонкого упрочнённого слоя, избыток смеси удаляют. При использовании плакированной смеси её вдувают в зазор между нагретой моделью и наружной контурной плитой. В обоих случаях необходимо доупрочнение оболочки в печи (при температуре до 600-700 °C) на модели. Полученные оболочковые полуформы скрепляют, и в них заливают жидкий сплав. Во избежание деформации форм под действием заливаемого сплава перед заливкой их помещают в металлический кожух, а пространство между его стенками и формой заполняют металлической дробью, наличие которой воздействует также на температурный режим охлаждающейся отливки.

Этим  способом изготавливают различные  отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значительные повышение производительности по сравнению с изготовлением отливок литьём в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

 

 

 

2. Летниковые системы

Литниковая система – совокупность каналов и резервуаров, по которым расплав поступает из разливочного ковша в плотность формы.  

Типы литниковых систем

Различают литниковые системы с питателями, расположенными в горизонтальной и вертикальной плоскостях. По способу подвода расплава в рабочую полость формы литниковые системы делят на: нижнюю, верхнюю, боковую.

Боковая литниковая система (рисунок, позиция а). Подвод металла осуществляется в среднюю часть отливки (по разъему формы). Такую систему применяют при получении отливок из различных сплавов, малых и средних по массе деталей, плоскость симметрии которых совпадает с плоскостью разъема формы. Является промежуточной между верхней и нижней, и следовательно сочетает в себе некоторые их достоинства и недостатки.

а – боковая; б – нижняя; в – верхняя

Рисунок 1 Разновидности литниковых систем

 

 

Нижняя литниковая система (рисунок 1, позиция б) – широко используется для литья сплавов, легко окисляющихся и насыщающихся газами (алюминий), обеспечивает спокойный подвод расплава к рабочей полости формы и постепенное заполнение ее поступающим снизу, без открытой струи металлом. При этом усложняется конструкция литниковой системы, увеличивается расход металла на нее, создается неблагоприятное распределение температур в залитой форме ввиду сильного разогрева ее нижней части.

Возможно образование  усадочных дефектов и внутренних напряжений. При такой системе  ограничена возможность получения  высоких тонкостенных отливок (при  литье алюминиевых сплавов форма  не заполняется металлом, если отношение  высоты отливки к толщине ее стенки превышает 60, H/δ ≥ 60).

Нижний подвод через большое  количество питателей часто используется при изготовлении сложных по форме, крупных отливок из чугуна.

Верхняя литниковая система  (рисунок, позиция в). Достоинствами системы являются: малый расход металла; конструкция проста и легко выполнима при изготовлении форм; подача расплава сверху обеспечивает благоприятное распределение температуры в залитой форме (температура увеличивается от нижней части к верхней), а следовательно, и благоприятные условия для направленной кристаллизации и питании отливки. Недостатки: падающая сверху струя может размыть песчаную форму, вызывая засоры; при разбрызгивании расплава возникает опасность его окисления и замешивания воздуха в поток с образованием оксидных включений; затрудняется улавливание шлака.

Верхнюю литниковую систему применяют для невысоких (в положении заливки) отливок, небольшой массы и несложной формы, изготовленных из сплавов не склонных к сильному окислению в расплавленном состоянии (чугуны, углеродистые конструкционные стали, латуни).

Литниковой системой называются каналы в форме, служащие для подачи в форму расплавленного металла. Назначение литниковой системы состоит также в том, чтобы улавливать шлак, 1 попадающий вместе с металлом в форму, и питать отливку в процессе затвердевания.

Литниковая система (рис. 2) обычно состоит из следующих элементов: литниковой чаши 1, стояка 2, шлакоуловителя 3, питателя 4.

Рисунок. 2. Литниковая система: 1 — литниковая   чаша;   2 — стояк;    3 — шлакоуловитель;     4 — питатель; 5 — коллектор; 6 — сетка; 7 - отливка; 8 — выпор; 9 — прибыль

 

Литниковая чаша (рис. 2, а и б) служит для уменьшения удара струи металла и для отделения шлака. Стояк 2 (рис.2) располагается вертикально и имеет форму усеченного конуса с Сужением книзу. Шлакоуловители 3 служат для улавливания шлака. Их формуют в верхней опоке. Питатели 4, подводящие металл в полость формы, выполняют в виде щели. Количество питателей и их расположение зависят от конфигурации отливаемых деталей. В зависимости от конструкции, веса отливки и состава сплава применяют различные типы литников, показанные на рис. 2.

В дождевом литнике (рис. 2, г) металл из стояка 2 попадает в кольцевой коллектор 5, из которого через большое количество питателей 4 он заполняет форму сверху. При заливке снизу подают сплав через коллектор 5 (рис. 2, л и н) и несколько питателей 4. Тонкостенные отливки часто заливают сверху через клиновидный литник или боковой щелевидный литник (рис. 2, з). Для больших отливок сложной конфигурации применяют разветвленную многоэтажную литниковую систему (рис. 2, л и м).