5.2. Технологические процессы получения заготовок методами литья

Литье является одним из важнейших и распространенных способов изготовления заготовок и деталей машин. Литьем получают заготовки различной конфигурации, размеров и массы из различных металлов я сплавов — чугуна, стали, алюминиевых, медных, магниевых и др. сплавов. Литье — это наиболее простой и дешевый, а иногда и единственный способ получения изделий.

Процесс литья заключается в том, что расплавленный металл заливается в заранее приготовленную литейную форму, полость которой по своим размерам и конфигурации соответст­вует форме и размерам будущей заготовки. После охлаждения и затвердевания заготовка (или деталь) извлекается не формы. Продукция литейного производства называется отливкой.

Литейные формы могут быть разовыми (для изготовления одной отливки) и постоянными (многократного применения).

Для получения качественных отливок литейные сплавы должны обладать определенными свойствами: хорошей жидкой текучестью, низкой усадкой, малой ликвидацией (неоднородность химического состава сплава и структуры по толщине отливки).

В зависимости от того, в какую форму (постоянную или разовую) заливается металл и каким способом происходит заливка, существует тот иди иной метод литья. В настоящее время до 60% чугунных и стальных отливок получают мето­дом литья в. песчано-глинистые формы. Для получения отли­вок высокой точности размеров, хорошего качества поверхности и лучшей структуры металла применяют специальные методы литья (в кокиль, под давлением, центробежным спо­собом, по выплавляемым моделям и др.).

Технологический процесс получения отливок разовых песчано-глинистых формах включает ряд продолжительных операций, связанных с приготовлением формовочных и стержневых смесей, изготовлением модельной оснастки, стержней, сушки их, формовки и т.д. Несмотря на то, что в настоящее время трудоемкие операции; этого метода механизированы и автоматизированы, он все же остается сравнительно низкопроизводительным и трудоемким методом литья.

Поэтому литье в песчано-глинистые формы применяют в основном, в единичном и опытном производстве, а также в тех случаях, когда изделие другими способами получить невоз­можно или трудно. На предприятиях, производящих отливки в массовом количестве, созданы автоматические и полуавто­матические поточные линии. Недостатком литья в песчано-глинистые формы является также низкая точность размеров и плохое качество поверхности отливок, что вызывает необ­ходимость обязательной последующей механической обработки. А это ведет к потерям металла в стружку и удлиняет технологический цикл изготовления изделия.

Литье в кокиль — один из распространенных способов по­лучения отливок в металлических постоянных формах. Кокили изготавливают из чугуна, стали, алюминия. По конс­трукции кокили бывают неразъемные и разъемные. Наиболь­шее распространение получили разъемные кокили, состоящие из двух частей с горизонтальной или вертикальной плоскос­тью разъема. Для повышения производительности труда при литье в кокиль применяют многопозиционные машины кару­сельного типа, на определенной позиции которых последова­тельно выполняется одна из операций.

Преимуществами литья в кокиль по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы являются: более высокая точность размеров и качество поверхности отливок; лучшие механи­ческие свойства, что связано с повышенной скоростью ох­лаждения отливки и получением более тонкой структуры; более высокая производительность.

Литье под давлением — высокопроизводительный метод получения отливок высокой точности размеров из сплавов цветных металлов (алюминиевых, цинковых, медных, магни­евых).

Суть метода состоит в заполнении металлической пресс-формы расплавленным металлом под давлением порш­ня. Отливки получают на машинах литья под давлением — полуавтоматах. Применяют поршневые машины с горячей и холодной (горизонтальной или вертикальной) камерой прес­сования.

Поршневые машины с горячей камерой прессования применяют для изготовления небольших отливок из магние­вых я цинковых сплавов. Машины с холодной камерой прес­сования используют в основном для отливки корпусных деталей из алюминиевых и медных сплавов.

Центробежное литье — производительный метод изготов­ления отливок, имеющих поверхности тел вращения, с цент­ральным отверстием — труб, втулок и др., а также деталей фасонного литья. Сущность метода заключается в заполнении расплавленным металлом вращающейся формы. Под действи­ем центробежных сил жидкий металл отбрасывается к стен­кам формы и затвердевает.

В результате получается плотная структура отливки без усадочных раковин. Неметаллические включения собираются на внутренней стороне отливки и уда­ляются при дальнейшей механической обработке.

Отливки из чугуна, стали и цветных металлов и сплавов изготавливают центробежным способом на машинах центро­бежного литья с горизонтальной и вертикальной осью враще­ния. Фасонное литьё малой высоты получают на машинах с вертикальной осью вращения. На машинах с горизонтальной осью вращения изготавливают чугунные и стальные трубы, втулки и другие детали с отверстием.

Достоинствами центробежного литья являются: высокие производительность, эко­номичность (не требуется затрат на приготовление формовочной смеси, изготовление стержней и др.) и качество полу­чаемых отливок.

Литье по выплавляемым моделям применяется для полу­чения отливок высокой точности размеров и качества поверхности из любых литейных сплавов. С его помощью можно получать изделия сложной конфигурации с тонкими сечения ми. Однако технологический процесс данного метода литья отличается высокой трудоемкостью и высокой стоимостью применяемых материалов.

Технологический процесс литья по выплавляемым моделям включает следующие операций: изго­товление модели — эталона отливки из легкообрабатываемого сплава (алюминиевого); изготовление пресс-формы по ме­таллическому эталону, в которой прессуют модель из легко плавких материалов (парафина, стеарина, полистирола, воска и др); изготовление оболочки путем многократного нанесения на модель огнеупорного состава — керамической сус­пензии с кварцевым песком с последующим просушиванием (обработка горячим воздухом)при температуре 150—200°С для удаления легкоплавкой модели; прокаливание полученной литейной формы в печи при 800—850 "С; заливка формы. Очистку отливки от остатков керамического покрытия производят выщелачиванием с последующей ее промывкой в горячей воде. Высокая стоимость отливок, полученных этим методом, позволяет применять этот способ лишь для изготовления изделий особо сложной конфигурации из труднообрабатываемых и тугоплавких материалов в массовом или крупносерийном производстве.

Оболочковое литье применяют в массовом и крупносерий­ном производстве для изготовления фасонных отливок из стали, чугуна, алюминиевых и медных сплавов. Сущность ме­тода состоит в том, что на поверхность предварительно на­гретой до 200 °С металлической модели, прикрепленной к подмодельной плите, насыпают формовочную смесь (кварце­вый песок и 6 — 7% бакелитовой синтетической смолы), затем все вместе прокаливают при t = 300 °С в течение 1—2 мин. Смола расплавляется и необратимо затвердевает, обра­зуя песчано-смоляную оболочку толщиной 5—8 мм. Оболоч­ковые полуформы собирают, скрепляют и забивают жидким металлом. Изготавливают эти полуформы на одно-, двух и четырехпозиционных машинах с полуавтоматическим или автоматическим управлением. Литье в оболочковые формы обеспечивает высокую точность размеров отливки, малую ше­роховатость поверхности, высококачественную структуру ме­талла. Для выбора метода литья при получении заготовок необходимо учитывать все факторы, влияющие на технико-экономические показатели процесса.