Технологии литья

В землю

Литье в землю или в формы из смеси песка и глины — самый старый способ получения заготовок из расплавленного металла. Свыше 80% всего литья приходится на него. Отличается простотой и доступностью используемых материалов.

Из древесины изготавливаются модельный и литниковый комплект. После того как модель готова, замешивается формовочная смесь. В состав самой простой входят песок, кварц и глина.

Технология литья в землю

Формовка производится и вручную и на машинах. Ручное изготовление форм применяется при изготовлении разовых или нескольких отливок и считается непродуктивной. Формовка на машинах используется на автоматизированных литейных линиях. Литейные формы состоят из двух половин и являются одноразовыми. После заливки и охлаждения, формы разрушаются. Больше половины отработавшего материала возвращается на формовочную операцию после очищения и восстановления.

Сборка модельных блоков

Для этого модели собирают в модельные блоки (рисунок 2.5, в) с общей литниковой системой. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей. Соединяют модели в кондукторе, механически скрепляя или склеивая их. Одновременно ведется отливка литниковой системы.

Для сборки моделей в блоки в кондукторе выставляют металлические стояки из алюминия, наращивают на них слой модельного состава толщиной 25 мм и крепят к нему модели. Этот прием ведет к повышению прочности блока, сокращению расхода состава, обеспечению удобства транспортирования, хранения и просушивания блоков при нанесении обмазки.

Область применения

Особенности техпроцесса позволяют применять метод ЛВМ в широком диапазоне: от крупных предприятий до небольших мастерских. Также возможно литье по выплавляемым моделям в домашних условиях, в личных и коммерческих целях для изготовления детализированных фигурок, сувениров, игрушек, деталей конструкций, ювелирных изделий. В качестве наполнителя можно использовать практически все металлы:

  • стали (легированные и углеродистые);
  • цветные сплавы;
  • чугун;
  • благородные металлы;
  • сплавы, не поддающиеся мехобработке.

Впрочем, технология универсальна – вполне можно изготовить относительно крупные конструкции сложных форм. Для облегчения техпроцесса используют специализированное оборудование для литья по выплавляемым моделям и 3D-моделирование с помощью специализированных программ.

Как осуществляется процесс

При серийном производстве мелких или крупных деталей разрабатывается эскиз и чертеж изделия, выполняется макет и пресс-форма, подбирается материал из металла, гипса, огнеупорной глины. Производственный процесс выполняется в следующей последовательности:

  1. сборка разъемной литейной формы;
  2. разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
  3. после охлаждения заготовки соединяются в блоки методом пайки с литниковой системой.

Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в изготовлении материала на основе неразъемной формы, обеспечивающей высокую точность готового продукта. Выбранный способ литья помогает получить детали с толщиной стенок 0,5 мм из стали тугоплавкого сплава, не поддающегося механической обработке.

Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат , содержащий в составе 32 или 40% SiO 2, наносится в несколько слоев. В процессе гидролиза суспензии принимает участие этиловый спирт. Каждый последующий слой облицовки обсыпается мелким промытым песком из кварца или порошком измельченного маршалита, высушивается, после чего цикл повторяется от 5 до 11 раз. Модельный состав вытапливается паром, горячей водой или прогревом.

Формирование формы занимает от 2 часов до 2 суток, в конечном результате получается твердая оболочка толщиной до 3 мм, после чего пресс-форма переходит на участок выплавки модели из формы методом разогревания в термическом шкафу при температуре +120С…+150С или в горячей воде 90С. После удаления наполнителя форма помещается в опоку и засыпается сухим порошком из кварца, циркона, электрокорунда или магнезита.

На следующем производственном этапе подготовленная форма переносится в термическую печь для выжига остатков легкоплавкой массы и последующей закалки при температуре ~ 900С в течение 4 часов. После завершения прогрева форма заполняется расплавленным металлом, оставляется до охлаждения, отливок удаляется из литниковой системы, подвергается термической обработке и финишной очистке. Хранят модели в термостате или в холодной проточной воде.

Особенностью огнеупорной суспензии является изменение физического состояния облицовочного раствора при изменении рецептуры. Если в подготовленную чистую суспензию ввести водный раствор щелочи, то запускается процесс затвердения, благодаря которому появляется возможность получения основы для изготовления разъемной керамической формы.

Чугунное литье

Чугун — это сплав железа с углеродом и другими элементами. Является недорогим, прочным, износостойким, но хрупким конструкционным материалом, широко используемым в промышленности и строительстве.

Чугун

Основные методы чугунного литья

Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:

в формы из глиняно-песчаной смеси (так называемое литье «в землю»)

внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.

  • в гипсовые формы (и из других отвердевающих растворов);
  • в оболочковые формы;
  • в кокиль (металлические защищенные формы);
  • по выплавляемым моделям;
  • под давлением.
  • В газифицируемую модель

Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.

Виды чугуна

Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:

  • низкая температура плавления
  • высокая текучесть расплава
  • малая усадка.

Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.

Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.

Высокопрочный чугун

Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.

Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:

  • нагрев до 850 °C;
  • выдержка в нагретом состоянии несколько часов;
  • медленное остывание в минеральном масле при 350 °C.

Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации

Чугунные отливки

Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.

Чугунные отливки

Отливки из чугуна также подразделяются:

  1. по назначению – на общие и специальные, такие, как антифрикционные, жаропрочные и т.п.
  2. по структуре материала – на ферритные, перритные и смешанные
  3. По виду содержащегося графита — на шаровидные, пластинчатые, хлопьевидные и вермикулярные
  4. По содержанию углерода — на белые, серые и отбеленные

В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.

Способы литья

Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.

Способ состоит из следующих этапов.

Заливка металла

Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.

Формовка чугуна

Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.

Завершающие операции

Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.

Второй этап: заливка силиконом

Если требуется точное литье по выплавляемым моделям, для изготовления формы без жидкой резины не обойтись. Силикон готовится по инструкции путем смешивания разных компонентов (как правило, двух) и последующего нагревания. Для удаления мельчайших пузырьков воздуха емкость с жидкой резиной целесообразно на 3-4 минуты поместить в специальный портативный вакуумный аппарат.

Заливаем готовую жидкую резину в емкость с моделью и повторно проводим вакуумирование. Для последующего затвердения силикона потребуется время (согласно инструкции). Используемые полупрозрачные материалы (емкостей и самого силикона) позволяют воочию наблюдать процесс формирования пресс-формы.

Извлекаем схватившуюся резину с моделью внутри из емкости. Для этого освобождаем струбцины (кожух) и отделяем две половинки коробки – силикон легко отходит от гладких стенок. Для полного застывания жидкой резины потребуется 40-60 минут.

Виды литья металлов и сплавов

В промышленности применяют множество видов литья. Самым распространенным можно назвать литье в землю (песчаные формы). Кроме этого, широко применяют отливку расплавленного металла в многооборотные формы.

Каждый вид литья в состоянии обеспечить определенный уровень качества получаемых деталей. Каждый из них имеет свои технологические и экономические характеристики. Например, для производства канализационных люков из чугуна применяют литье в землю, а для производства корпусов двигателей применяют литье под давлением.

При производстве множества деталей применяют виды получения точных отливок среди них такие, как – статическое, вакуумное, центробежное и пр.

Статическая заливка металла

Статическая заливка подразумевает то, что расплав подается в литьевую форму и находиться в ней до полного затвердевания.

Вид вакуумной заливки применяют при обработке титана и его сплавов, жаростойких и литейных сталей. Эти материалы подвергают разогреву в вакууме. Такой подход позволяет заметно снизить количество газов в расплаве, этот процесс называют вакуумной дегазацией.

Вакуумная установка

Для литья под давлением применяют специальное оборудование, которое заливает расплав в форму под давлением от 7 до 700 МПа. На практике применяют два типа оборудования, в одном применяют холодную форму, во втором разогретую. Литье под давлением применяют для получения деталей из цветных металлов. Невысока температура плавления, в сравнении со сплавами на основе железа, позволяет получать качественные отливки с относительно невысокими затратами.

Такой вид литья, как под давлением предоставляет возможность получения качественной поверхности отливок, соблюдения геометрических параметров, а также шероховатости и пр. Использование этого вида обработки металлов практически устраняет из технологического процесса производства деталей необходимость дальнейшей механической обработки. Но, такая технология не всегда позволяет выплавлять детали сложной формы.

Составные элементы мини-завода и их технические характеристики

Российская компания ООО «Стандарт» предлагает организовать «под ключ» мини-литейный завод для осуществления литья металла кокильным способом. Такой комплекс может работать с алюминием, медью, сталью и их сплавами. На станках можно отливать изделия любой формы и конфигурации благодаря возможности самостоятельно изготавливать формы-матрицы.

Литейная машина фирмы KURTZ

В комплект мини-завода «под ключ» входит следующее оборудование:

  • отражательная печь – она необходима для плавления металла. Технические характеристики:
    • вариант энергоносителя – газ, электричество, отработанное топливо, солярка;
    • энергопотребление – 1 баллон газа на 20 часов работы или 30 кВт/ч;
    • емкость бункера – до 1 т;
    • производительность – до 600 кг/ч;

Отражательная печь для литейного мини завода

  • кокильный станок – необходим для непосредственной отливки изделий. Он может быть двух видов:
    • однопозиционный – для изделий, которые не имеют обратных углов. Форма может раскрываться только в одну сторону;
    • многопозиционный – предназначен для деталей сложных форм, кокиль раскрывается вверх и вниз.

Кокильная машина 82А505

Технические характеристики:

  • потребляемая мощность – до 2,5 кВт/ч;
  • оказываемое усилие на сжатие – до 190 т;

кокиль – форма для будущих изделий – при необходимости ее может изготавливать компания по индивидуальным чертежам.

Изготовление пресс-форм

Для производства уникальных изделий макет готовят, вырезая из куска модельного материала вручную или по шаблонам. Модели, имеющие форму тел вращения, изготавливают также на токарных станках. В последнее время получает все более широкое распространение метод 3D-печати моделей. Он подходит как для одиночных макетов, так и для небольших серий.

Стоимость современного промышленного 3D-принтера все еще высока, однако благодаря легкости перенастройки с одного изделия на другое он может стать эффективным инструментом изготовления моделей в случае большого количества разнородных заказов малых серий.

Для того чтобы изготовить большое количество одинаковых макетов, изготавливают матрицу из гипса, резины, силикона или металла. Рабочие макеты производят, в свою очередь, путем отливки в матрицу. По конструкции пресс-форма должна быть обязательно разборной, чтобы обеспечить возможность изготовления заданного количества моделей. Выбранный материал также должен обеспечивать такую возможность, поэтому к нему предъявляются такие требования, как прочность, плотность, низкая шероховатость, химическая инертность по отношению к макету. Вещество пресс-формы должно также обладать минимальной адгезией к макету для обеспечения легкости извлечения готовых макетов и соблюдения размеров

Важное свойство пресс-формы – ее прочность и износоустойчивость, особенно при крупных сериях

Виды отливочных форм

Для литья металлов пускают в ход разные емкости, которые разделяют на песочные, применяемые только один раз во время оливки, а также многократные. Многоразовые отливочные емкости делают из разных материалов:

  • чугуна;
  • жаропрочной стали;
  • огнеупорной керамики;
  • графита.

Отливочная форма из графита

Широко распространены чугунные кокили и изложницы. При изготовлении продукции из алюминия, меди и других цветных сплавов выполняют металлические формы из чугуна, меди и латуни.

Такое решение было принято давно, оно позволяет легко проводить подготовку материалов к основному процессу. Сам процесс длится недолго, модели выходят высокого качества. При выполнении этой технологии привлечение большого количества рабочих не требуется.

Металлические отливочные емкости бывают открытыми и закрытыми. Открытые – это изложницы, а закрытые – кокили. В закрытых емкостях имеется полость, повторяющая размеры выплавляемой детали. Заливка жидкого металла в них проводится через специальное отверстие.

Оболочковые отливочные емкости используются при заливке сплавов цветных и драгоценных металлов, а также изделий из стали. Для отливки сплавов цветных металлов их делают из порошкообразного диоксида кремния или гипса.

При изготовлении продукции из золота, платины и серебра пресс-форму делают из легкоплавкого материала, который заполняется ртутью, парафином или пластмассой, что позволяет создавать продукт сложной конфигурации небольшой толщины.

Настолько щепетильная работа требует от всего персонала высокой точности и квалификации. Каждый этап производства проводится в оптимальных условиях, способствующих выходу только качественной продукции.

Обзор некоторых вариантов производственных комплексов «под ключ»

Кроме оборудования, работающего с применением кокилей, существуют и другие производственные комплексы.

Прессовая машина для литья металла. Она предназначена для работы с пресс-формами и наиболее часто используется при изготовлении деталей из цветного металла. Характеристики:

Машина непрерывного литья

  • создаваемое давление – от 33 до 135 МПа;
  • потребляемая мощность – 30 кВт/ч;
  • максимальный вес одной отливки – 6 кг (алюминий);
  • стоимость – 700 000 рублей.

Машинный комплекс «под ключ» PR-1000 от компании АБ Универсал предназначен для отливки цветных металлов, характеризуется полной расплавкой, бесшлаковым литьем, точным наполнением пресс-форм – это обеспечивает высокое качество готовых изделий. Характеристики:

Разработка конструкции горизонтальной машины непрерывного литья заготовок из цветных металлов

  • объем тигля – до 2000 см3;
  • максимальная масса одной отливки – до 5,4 кг (алюминий);
  • максимальная высота опоки – 400 мм;
  • диаметр опоки – до 500 мм;
  • мощность – 30 кВт;
  • габариты – 2000*1500*850 мм;
  • стоимость – 1 500 000 рублей.

Производственный комплекс DTC-280 «под ключ» от компании Глобал-Маш предназначен для изготовления литых изделий из цветных металлов. Технические характеристики:

Дробелитейные машины предназначены для производства литой стальной и чугунной дроби

  • размеры форм – от 250 до 680 мм;
  • давление прессования – до 188,4 МПа;
  • площадь отливки – до 290 см3;
  • мощность – 18,5 кВт;
  • габариты – 2560*1410*6420 мм;
  • вес – 11500 кг;
  • стоимость – 6 000 000 рублей.

Как осуществляется процесс

При серийном производстве мелких или крупных деталей разрабатывается эскиз и чертеж изделия, выполняется макет и пресс-форма, подбирается материал из металла, гипса, огнеупорной глины. Производственный процесс выполняется в следующей последовательности:

  1. сборка разъемной литейной формы;
  2. разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
  3. после охлаждения заготовки соединяются в блоки методом пайки с литниковой системой.

Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в изготовлении материала на основе неразъемной формы, обеспечивающей высокую точность готового продукта. Выбранный способ литья помогает получить детали с толщиной стенок 0,5 мм из стали тугоплавкого сплава, не поддающегося механической обработке.

Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат , содержащий в составе 32 или 40% SiO 2, наносится в несколько слоев. В процессе гидролиза суспензии принимает участие этиловый спирт. Каждый последующий слой облицовки обсыпается мелким промытым песком из кварца или порошком измельченного маршалита, высушивается, после чего цикл повторяется от 5 до 11 раз. Модельный состав вытапливается паром, горячей водой или прогревом.

Формирование формы занимает от 2 часов до 2 суток, в конечном результате получается твердая оболочка толщиной до 3 мм, после чего пресс-форма переходит на участок выплавки модели из формы методом разогревания в термическом шкафу при температуре +1200 С…+1500 С или в горячей воде 900 С. После удаления наполнителя форма помещается в опоку и засыпается сухим порошком из кварца, циркона, электрокорунда или магнезита.

На следующем производственном этапе подготовленная форма переносится в термическую печь для выжига остатков легкоплавкой массы и последующей закалки при температуре ~ 9000 С в течение 4 часов. После завершения прогрева форма заполняется расплавленным металлом, оставляется до охлаждения, отливок удаляется из литниковой системы, подвергается термической обработке и финишной очистке. Хранят модели в термостате или в холодной проточной воде.

Особенностью огнеупорной суспензии является изменение физического состояния облицовочного раствора при изменении рецептуры. Если в подготовленную чистую суспензию ввести водный раствор щелочи, то запускается процесс затвердения, благодаря которому появляется возможность получения основы для изготовления разъемной керамической формы.

Технология

Технология литья деталей из алюминия в домашних условиях довольно проста, но требует тщательного выполнения требований и большого внимания к деталям. Наиболее простая технология заключается в заливке расплавленного алюминия в подготовленные формы. При этом необходимо иметь минимальный набор необходимого оборудования.

Главной задачей является расплавление воска или парафина внутри формы с заменой пустот алюминием, после чего остывшую деталь можно легко достать. Первое, что нужно сделать – это подготовить опалубку, в качестве которой можно взять любую картонную коробку, например, из-под обуви, или изготовить ее из фанеры. В нее заливается парафин или воск.

Парафиновая форма для литья

При работе с парафином следует учитывать некоторые особенности:

  1. Залитый в форму парафин очень быстро остывает, поэтому не следует ускорять этот процесс. Деталь должна остыть самостоятельно, это позволит сохранить однородную структуру. Для полного остывания нужно подождать около суток, после чего можно перейти к его обработке.
  2. Парафин может сильно просесть в центре заготовки, поэтому нужно учитывать этот факт при оценке необходимых габаритов заготовки.

Вырезать правильную форму из заготовки – очень трудная задача. Поэтому человек, не имеющий должного опыта, не сможет справиться с ней.

Форму для заливки алюминия следует изготовить из оргстекла, который прочно скрепляется с помощью герметика. После этого на дне подготовленного «аквариума» располагается заготовка, которую нужно закрепить, чтобы она не сместилась в процессе заливки гипсом. Сделать это можно с помощью пластилина.

Затем следует подготовить гипсовую смесь, которая приготавливается с добавлением мелкозернистого песка (в соотношении один к одному)

Это очень важно, так как чистый гипс содержит много влаги, которая испаряется при отливке детали и влияет на качество готового изделия

Стоит помнить, что гипс очень быстро застывает, поэтому выполнять работы нужно в быстром темпе. Полностью залив форму, ее стоит встряхнуть, чтобы избавиться от пузырьков воздуха.

После застывания гипса форму из оргстекла необходимо снять. Затем следует удаление парафина. Это можно сделать, положив форму вверх ногами на горячий лист железа, разогреваемого на огне. Также можно прокипятить форму в воде, что позволит более тщательно избавиться от парафина. После этого гипсовую форму нужно высушить.

Существует несколько способов расплавления алюминия, но технология литья в домашних условиях предусматривает самостоятельное изготовления тигельной печи или использование муфельной. Тигельная печь изготавливается только из огнеупорного кирпича.

Плавка алюминия в домашних условиях

После расплавления металла можно начинать процесс литья алюминия. С помощью ложки из нержавеющей стали следует снять окисную пленку. Плавление металла можно попробовать произвести с помощью газовой горелки, которой будет достаточно при небольшом объеме.

Технология может видоизменятся в зависимости от требований к готовому изделию и имеющихся инструментов. Методом проб и ошибок можно добиться оптимальной технологии.

Поделитесь в социальных сетях:vKontakteFacebookTwitter
Напишите комментарий