1.1 Основные понятия и определения

Литейное производство, или литье – это способ изготовления заготовки или готового изделия путем заливки расплавленного металла в полость заданной конфигурации с последующим его затвердеванием.

Заготовки или изделия, получаемые методом литья, называют отливками.

Полость, заполняемая жидким металлом при литье, называется литейной формой.

Назначение литейной формы состоит в следующем.

1.Обеспечение необходимой конфигурации и размеров отливки.

2.Обеспечение заданной точности размеров и качества поверхности отливки.

3.Обеспечение определенной скорости охлаждения залитого металла, способствующей формированию требуемой структуры сплава и качества отливок.

По степени использования формы делят на разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы служат для получения только одной отливки, изготавливают их из кварцевого песка, зерна которого соединены каким-либо связующим веществом.

Полупостоянные формы – это формы, в которых получают несколько отливок (до 10-20), такие формы изготавливают из керамики.

Постоянные формы – формы, в которых получают от нескольких десятков до нескольких сотен тысяч отливок. Такие формы изготавливают обычно из чугуна или стали.

Основной задачей литейного производства является получение отливок с максимальным приближением формы и размеров поверхности к аналогичным параметрам готовой детали с целью уменьшения трудоемкости последующей механической обработки. Основное достоинство формообразования заготовок литьем - возможность получения разнообразных по массе заготовок практически любой сложности непосредственно из жидкого металла.

Стоимость литых изделий нередко намного меньше, чем изделий, изготовленных другими способами, однако для литья применимы не любые сплавы, а только те, которые обладают хорошими литейными свойствами. Основными литейными свойствами являются.

1. Жидкотекучесть – способность жидкого металла заполнять литейную форму, точно повторяя ее конфигурацию.

Чем выше жидкотекучесть, тем литейный сплав лучше. У стали и чугуна это свойство уменьшается с увеличением содержания серы и повышается с увеличением содержания фосфора и кремния. Перегрев сплава выше температуры плавления повышает его жидкотекучесть.

Жидкотекучесть оценивают по длине пути, пройденному жидким металлом до затвердевания. Высокую жидкотекучесть (>700 мм) имеют силумины, серый чугун, кремнистая латунь, среднюю жидкотекучесть (350-340 мм) имеют углеродистые стали, белый чугун, алюминиево-медные и алюминиево-магниевые сплавы, низкую жидкотекучесть имеют магниевые сплавы.

2. Усадка – уменьшение размеров отливки при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Чем меньше усадка, тем литейный сплав лучше. Различают усадку объемную (уменьшение объема) и линейную (уменьшение линейных размеров). Это свойство зависит главным образом от химического состава сплава. Ориентировочно линейная усадка составляет 1% для чугунного литья и 2% – для стального и цветного. Разумеется, каждая конкретная марка литейного сплава имеет свое значение усадки.

3. Склонность к ликвации. Ликвацией называют химическую неоднородность по объему отливки. Чем меньше склонность к ликвации у литейного сплава, тем он лучше.

В литейном производстве применяют много самых различных сплавов. Наиболее распространенным является серый чугун, из которого в отечественном машиностроении делают около 75% отливок (по массе), из стали – около 20%, из ковкого чугуна – 3% и около 2% литых деталей изготавливают из сплавов цветных металлов.

Существует два способа заливки металла в формы.

1.Обычная заливка, при которой металл заполняет литейную форму свободно под действием силы тяжести. К этому способу относится литье в песчано-глинистые формы.

2.Специальные способы литья, их существует около 15, основными из которых являются:

· литье под давлением;

· центробежное литье;

· литье в кокиль (в металлические формы);

· литье в оболочковые формы;

· литье по выплавляемым, выжигаемым или растворяемым моделям.

Литье в песчано-глинистые формы – основной метод производства отливок. Этим методом получают литые детали как простой, так и сложной формы, наиболее крупные отливки, которые нельзя получить другими способами.

Применение специальных способов литья позволяет уменьшить брак в литейном производстве. При литье в металлические формы, центробежным литьем обеспечивается получение отливок высокой точности. Наряду с этим специальные способы литья применимы лишь для изделий сравнительно небольших размеров (масса до 300 кг).

Для изготовления литейной формы необходимо иметь модельный комплект. В общем случае модельный комплект состоит из модели, стержневого ящика и моделей элементов литниковой системы.

Модель – это прообраз будущей отливки, с помощью модели формообразуется, в основном, ее наружная конфигурация. От отливки модель отличается материалом, наличием стержневых знаков (если отливка полая и для формирования полости необходим стержень), наличием разъема (если формовка производится по разъемной модели), размерами, превышающими соответствующие размеры отливки на величину линейной усадки сплава.

Стержневой ящик – это часть модельного комплекта, предназначенная для изготовления стержня. Стержень, в свою очередь, необходим для формирования внутренней конфигурации отливки (для получения отверстий).

Литниковая система – это совокупность каналов в литейной форме, подводящих расплавленный металл, улавливающих шлак и неметаллические включения, отводящих из формы газы, а также питающих отливку жидким металлом в процессе ее кристаллизации.

1.2 Технология получения отливок

Технологический процесс производства отливок в песчано-глинистых формах включают формовку, т. е. приготовление полуформы и стержней; сборку литейных форм; заливку расплава, выбивку и очистку отливок.

Для изготовления литейных форм из формовочных смесей применяют модельно-опочную оснастку. В нее входят модели, модельные плитки, стержневые ящики и т. д.

Для облегчения изучения процесса изготовления отливки рассмотрим схему технологического процесса (рис. 1).

По чертежу детали (рис. 1, а) технолог-литейщик разрабатывает чертеж модели и стержневого ящика. В модельном цехе по этим чертежам изготовляют модель (рис. 1, б) и стержневой ящик (рис. 1, в), при этом учитываются припуски на механическую обработку и усадку сплава при остывании. С целью получения опорных поверхностей для установки стержней на моделях выполнены стержневые знаки. По стержневому ящику формуют стержень (рис. 1, г), который предназначен для образования в отливке внутренней полости.

Для заливки формы металлом имеется литниковая система, состоящая из чаши, стояка, шлакоуловителя, питателей и выпоров (рис. 1, e). При сборке в нижнюю полуформу устанавливают стержень, затем соединяют обе полуформы и нагружают балластом. Литейная форма в сборе показана на рис. 1, д.

В плавильном отделении расплавляют металл и заливают в формы. Остывшую отливку выбивают из формы и передают в отделение очистки и обрубки, где ее очищают от формовочной стержневой смеси и обрубают остатки литника, заливы и др.

Модели – приспособления, при помощи которых в формовочной смеси получают отпечатки – полости, соответствующие наружной конфигурации отливок. Отверстия и полости внутри отливок образуют при помощи стержней, установленных в форме при их сборке.

Размеры модели делают больше, чем соответствующие размеры отливки, на величину линейной усадки сплава, которая составляет для углеродистой стали 1,5-2%, чугуна 0,8-1,2%, бронз и латуней 1-1,5% и т. д. Для облегчения изготовления моделей из формовочной смеси при формовке стенки моделей должны иметь формовочные уклоны (для деревянных моделей 1-3 0 , для металлических 1-2 0) В местах сопряжения, делают плавные сопряжения радиусом R = (1/5 - 1/3) средней толщины соприкосновения стенок.

Преимущество деревянных моделей – дешевизна и простота изготовления, недостаток – недолговечность. Модели окрашивают для чугунных отливок в красный цвет, для стальных в синий. Стержневые знаки окрашивают в черный цвет.

Металлические модели чаще всего делают из алюминиевых сплавов. Эти сплавы легки, не окисляются, хорошо обрабатываются резанием.

При машинной формовке обычно применяют металлическую модельную оснастку с установкой модели с установкой модели и литниковой системы на металлической модельной плите.

Стержни формуют в деревянных или металлических стержневых ящиках.

Формовка, как правило, производится в опоках – прочных и жестких металлических ящиках различной формы, предназначенных для изготовления в них литейных полуформ из формовочной смеси путем ее уплотнения.

Для изготовления литейных форм и стержней применяют смеси из природных песков и глин с добавкой необходимого количества воды. Качество, состав и свойства материалов и смесей зависит от условий службы их в литниковой форме.

Формовочные и стержневые смеси должны иметь следующие свойства:

– прочность (для сохранения целостности при сборке, транспортировании, механическом воздействии);

– газопроницаемость;

– огнеупорность (при соприкосновении с металлом не должны плавиться, спекаться, пригорать к отливке, размягчаться);

– пластичность (сохраняют форму после снятия нагрузки);

– неприлипаемость смеси к модели, стержневому ящику и в плоскости разъема формы;

– негигроскопичность;

– теплопроводность;

– легкость удаления смеси при очистке отливок;

– долговечность, т.е. способность смесей сохранять свойства после многократного использования;

– дешевизна.

Свежих формовочных материалов, т. е. песка и глины требуется в среднем 0,5 - 1 т на 1 т литья, в то время как расход смесей для изготовления форм и стержней составляет 4 - 7 т. Главной частью в смесях являются отработанные формовочные материалы, свежие материалы служат только для замены песчаных зерен, превращающихся в пыль, и для выполнения связующих способностей глин.

Зерновая часть песков должна состоять преимущественно из зерен кварца (SiO 2) в лучших сортах песка содержание SiO 2 ³ 97%, в худших содержание SiO 2 ³ 90%.

К глинистой части песка условно относят все содержащиеся в нем частицы размером менее 0,022 мм.

Формовочные глины - это пески, содержащие более 50% глинистых веществ. Глины делятся на формовочные обыкновенные и бектонитовые. К бектонитовым относятся глины состоящие в основном из кристаллов монтмориглионита . Этот материал сильно набухает в воде, что увеличивает связующие свойства глин. Бектонит применяется для изготовления форм и стержней, не подвергающихся высушиванию.

Обыкновенные формовочные глины состоят в основном из кристаллов каолина Al 2 O 3 ·2SiO 2 ·2H 2 , не обладающих внутрикристаллическим набуханием.

Для стального литья берут самую огнеупорную глину с высокой термохимической устойчивостью - не менее 1580 О С, для чугуна – со средней устойчивостью не менее 1350 О С, для цветного литья термохимическая устойчивость глин не ограничивается.

Для изготовления формовочных и стержневых смесей, кроме песка и глины, применяют органические и неорганические связующие материалы. Органические связующие материалы сгорают и разлагаются при высоких температурах. К этим материалам относят льняное масло, олифу, крепетель (растительное масло, канифоль, уайт-спирт), пек торфяной и древесный, канифоль, пектиновый клей, патоку и ряд других. В качестве неорганических связующих используют цемент и жидкое стекло.

В литейных цехах, имеющих механизированные землеприготовительные заготовки, пользуются единой формовочной смесью. В цехах с меньшей степенью механизации употребляют облицовочные и наполнительные смеси, первые более качественные и служат для образования внутреннего, соприкасающегося с отливкой слоя.

Материалы для стержней – стержневые смеси – выбирают в зависимости от конфигурации стержней, их расположения в форме. Они должны иметь высокую прочность, обладать достаточной податливостью, чтобы не препятствовать усадке металла, хорошей газопроницаемостью. В производстве отливок из сталей и чугуна для приготовления таких стержней применяют качественные песчано-масляно-смоляные смеси (чистый кварцевый песок и полимерный связующий материал - смола или жидкое стекло). Стержни менее ответственные с более толстым сечением изготавливают из смесей, состоящих из 91-97% SiO 2 и 3-4% глины с добавлением жидкого стекла или других связующих. Для массивных стержней используют менее качественные смеси, изготовленные из 30-70% SiO 2, 20-60% оборотной земли и 7-10% глины, являющейся основным связующим.

Для предотвращения пригара и улучшения чистоты поверхности отливок формы и стержни покрывают тонким слоем противопригарных материалов. Для сырых форм противопригарными материалами служат припылы, в качестве которых используют порошкообразный графит (для чугунных отливок) и пылевидный кварц (для стальных отливок). Для сухих форм приготавливают противопригарные краски. Краски представляют собой водные суспензии из тех же материалов графит (для чугуна), кварц (для стали) со связующими. Краски наносят на горячие формы и стержни, не успевшие остыть после сушки.

1.3 Литниковые системы

Назначение литниковой системы – обеспечить плавный безударный подвод металла в форму, регулировать термофизические явления в форме для получения качественной отливки и предохранить форму от попадания в нее шлаковых включений. Элементами нормальной литниковой системы являются литниковая чаша 1, стояк 2, шлакоуловитель 3, питатели 4, подводящие металл непосредственно к отливке. Вся литниковая система при заливке должна быть заполнена жидким металлом во избежание засасывания в форму шлаков и атмосферного воздуха.

При получении отливок из стали, ковкого чугуна и некоторых сплавов цветных металлов с относительно большой усадкой литниковая система питает их жидким металлом в процессе затвердевания.

Между площадями поперечных сечений всех каналов литниковой системы существует определенное соотношение, при котором каждый последующий элемент, начиная с воронки, пропускает меньше металла, чем предыдущий. В производстве отливок при подборе сечения элементов литниковой системы следует руководствоваться следующим правилом: F стояка > F шлакоулавителя > SF питателей. Для чугунных отливок массой до 1 тонны SF питателей: F шлакоулавителя: F стояка = 1:1,1:1,15; для чугунных отливок массой более 1тонны соотношение площадей 1:1,2:1,4; для стального литья – 1:1,4:1,6 т. При этом суммарная площадь поперечных сечений питателей определяется по следующей зависимости:

, м 2 ,

где Q – масса отливки и прибыли, кг,

r - плотность материала отливки, кг/м 3 ,

m = 0,4-0,6 – коэффициент истечения,

t = 4-9 с – время заливки формы,

g = 9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения,

Н – средний напор, м (высота столба жидкого металла в литейной форме, измеряется от верхнего края воронки до центра масс отливки).

Иными словами, литниковая система является запертой и создает условия, при которых через воронку не проходит шлак и не засасывается воздух потому, что она постоянно заполнена металлом и сужающийся к низу стояк сдерживает напор. В то же время литники (питатели) не в состоянии пропустить через себя весь металл, идущий из стояка, пленка шлака на поверхности металла поднимается к верху шлакоуловителя, и в отливку через литники идет только чистый металл.

Для вывода из формы воздуха, а также для наблюдения за заполнением формы металлом на верхних частях отливок устанавливают вертикальные каналы (выпоры). При литье из стали, алюминиевых сплавов, и некоторых сортов бронз, отличающихся большой усадкой, выпоры заменяют прибылями. Основным их назначением является питание отливки жидким металлом в процессе ее кристаллизации для предотвращения образования усадочных раковин в местах отливок, затвердевающих последними. Обычная закрытая или открытая прибыль может действовать только в том случае, если она расположена выше отливки. Объем металла в прибыли должен обеспечивать необходимое ферростатическое давление на металл отливки.

Способы формовки

Ручную формовку в основном применяют для получения отдельных как малых, так и крупных сложных по конфигурации отливок.

Открытую почвенную формовку осуществляют для неответственных отливок с плоской поверхностью, например, плит, к которым не предъявляют высокие требования по внешнему виду и по качеству поверхности.

Такую формовку можно осуществить по мягкой постели и по твердой постели.

При формовке по мягкой постели (рис. 2) в земляном полу цеха роется яма глубиной 150-200 мм и в ней готовится мягкая постель из рыхлой наполнительной смеси и поверх нее кладется слой облицовочной смеси толщиной 10-15 мм. После выравнивания гладилкой и проверки по ватерпасу 3 горизонтальности поверхности постели в нее руками вдавливают модель 4. Для этого на поверхность смеси кладут модель и осаживают ударами молота через дощечку, затем смесь вокруг модели уплотняют трамбовкой, срезают излишки смеси, вырезают слева литниковую чашу 1 и канал 2 для заполнения формы металлом, а справа - сливной канал 5 для спуска излишка металла. Для отвода газов из формы производят проколку душниками каналов 6. После этого осторожно примачивают края формы у модели и ее извлекают. Если обнаруживаются дефекты, их исправляют, поверхность формы покрывают припылом и заливают металлом.

При тяжелом весе отливки делают под нее твердую постель (рис. 3), выкапывают яму глубиной на 300–500 мм больше высоты модели, на дно кладут слой горелого кокса толщиной 100 мм, с боков наклонно ставят две трубы для вывода газов и производят набивку смеси.

Первые несколько слоев по 50–70 мм плотно набивают трамбовками, следующие слои набивают слабее, а последние 100–120 мм оставляют без уплотнения, слегка выровняв поверхность гладилкой. В подготовленной постели делают частые наколы душником до коксового слоя и покрывают поверхность слоем облицовочной смеси толщиной 15–20 мм. На эту смесь осаждают модель в зависимости от конструкции – половину, если она разъемная, или всю, если она неразъемная. После этого проверяют плотность набивки смеси вокруг модели и подбивают в случае обнаружения слабых мест, а затем всю поверхность вокруг полумодели заглаживают и посыпают сухим мелким песком, чтобы устранить слипание с верхней полуформой.

При изготовлении верхней полуформы сначала на нижнюю половину модели точно по шипам ставят верхнюю половину, затем размещают модели стояка и выпоров. После этого модель обкладывают облицовочной смесью и набивают весь объем наполнительной смесью, а потом делают наколы душником для вывода газа. Положение опоки по отношению к нижней части формы фиксируют забивкой по всем четырем углам колышков.

Теперь снимают опоку, ставят ее на пол, предварительно повер­нув на 180°. Осторожно вынимают обе половины модели, заглажи­вают поврежденные места, покрывают полости полуформ припылом, в нижнюю полуформу устанавливают стержень, опочную полуформу накладывают на почвенную точно по границам забитых колышков, ставят на место литниковую чашу и загружают на верхнюю поверх­ность формы грузы, чтобы предотвратить опасность поднятия ее заливаемым металлом, во избежание ожогов около места заливки формы.

Формовка в опоках

Формовка в опоках наиболее широко применяется в литейных цехах. В зависимости от конструкций моделей, условий и характера производства она имеет много разновидностей. Рассмотрим наи­более типичные из них.

На рис. 4 показана формовка по разъемной модели. Отли­ваемая деталь (рис. 4, а) формуется по модели со знаками для стержня, образующего полость в отливке (рис.4, б). На щиток 1 (рис.4, в) сначала устанавливают половину модели 2, а затем опоку 4, модель припыливают тонким слоем при­пыла и обкладывают облицовочной смесью, а затем всю опоку на­бивают наполнительной смесью. После этого с верхней стороны снимают излишек смеси и производят наколы газоотводных каналов 3. Затем полуформу поворачивают на 180° и ставят на

щиток (рис.4, г). После этого поверхность разъема присыпают разделительным песком. На нижнюю половину модели накладывают верхнюю 5, строго центрируя ее по шипам, затем старят опоку 6, модели стояка 7 и выпоров 8 и набивают их в том же порядке, как и нижнюю полуформу. Затем заглаживают верхнюю поверхность, накалывают каналы, оформляют очертания литниковой чаши и извлекают модели стояка 7 и выпоров 8. Потом снимают и поворачивают на 180° верхнюю полуформу. Из обеих полуформ извлекают модели, заглаживают поврежденные места, присыпают припылом, устанавливают стержень в нижнюю полуформу, накрывают ее верхней полуформой и скрепляют или нагружают форму для заливки металлом (рис. 4, д).

Формовка в двух опоках по неразъемной модели показана на рис. 5. Модель формуемой детали (рис. 5, а) без нижнего стержневого знака ставят на щиток (рис. 5, б), обкладывают облицовочной, а затем набивают наполнительной смесью и сверху сгребают излишек. При попавшей под модель смеси полуформу поворачивают на 180° (рис. 5, в ) и вырезают смесь по линии 3-4. Загладив всю поверхность разъема, присыпав ее разделительным песком и поставив на место стержневой знак 2, ставят верхнюю опоку, модели стояка и выпоров, наполняют ее формовочной смесью, раскрывают форму, извлекают модель, отделывают, присыпают припылом, ставят стержень, накрывают верхней полуформой, нагружают и ставят под заливку (рис. 5, г ).

Компания «РемМехСервис» - производственная компания, деятельность которой заключается в изготовлении деталей различного назначения, узлов машин и механизмов, а также их механической обработке. Для изготовления деталей мы используем различные конструкционные материалы - резину и полимеры, стали, цветные металлы и их сплавы. Среди прочего, наше предприятие принимает заказы на изготовление литых изделий из резины. Вы можете заказать изготовление следующих изделий из резины:

1. Формовые изделия:

• запчасти к машинам и механизмам;
• кольца различного сечения;
• плиты и пластины различного назначения.
2. Неформовые изделия:
• Уплотнители различного назначения;
• коврики;
• прокладки;
• трубки.

Материал для изготовления литых резиновых изделий

Резина – эластичный материал, получаемый из натурального или синтетического каучука методом вулканизации: каучук смешивается с вулканизирующим компонентом, чаще всего серой, и нагревается. По назначению резины разделяют на:

• маслобензостойкие;
• кислотостойкие;
• агрессивостойкие;
• теплостойкие;
• термостойкие;
• озоностойкие;
• токопроводящие.

По степени вулканизации резина делится на три вида:

• мягкую, в составе которой содержится до 3% серы;
• полутвердую, с содержанием серы до 30%;
• твердую, концентрация серы в которой превышает 30%.

Наша компания в процессе производства литья резины применяет только высококачественные природные и искусственные материалы:

• каучуки (бутадиен-нитрильный каучук, фторкаучук и пр.);
• латекс;
• полиамиды;
• силикон;

Технология производства литых резиновых изделий

Базовыми процессами при переработке резин в изделия являются:

• подготовка резиновых смесей;
• отливка изделий;
• вулканизация.

В процессе приготовления смесей все порошковые компоненты сушатся и просеиваются с целью освобождения смеси от крупных включений и посторонних предметов, попадание которых в смесь приводит к снижению механической прочности и браку изделий. Каучук распаривается, измельчается, далее, с помощью вальцов, ему придается необходимая пластичность. Затем, с помощью вальцов или специальных смесителей, порошковые составляющие и каучук тщательно перемешиваются. Далее полученная масса отправляется в переработку в полуфабрикаты или готовые изделия.

Существует четыре типа переработки резиновых смесей:

• каландрование;
• непрерывное выдавливание;
• литье под давлением;
• прессование.

1. Процесс каландрования – листование резиновой смеси для получения сырой резины в листах или лентах, толщиной от 0,5 мм до 7 мм. Специальные машины – каландры – представляют из себя трехвалковую или четырехвалковую клеть листопрокатного стана. В трехвалковом каландре резиновая смесь, проходящая между верхним и средним валками (их температура 60-90 градусов), нагревается, обволакивает средний валок и выводится в зазор между средним и нижним валком, температура которого 15 градусов. Основные требования к процессу каландрования – хорошее качество поверхности, равномерность калибра по длине и ширине полотна, намотка холста с минимальным колебанием ширины закатки. Каландрованием производятся как гладкие, так и профилированные листы резины. Так же, с помощью универсального листовально - промазочного каландра, проводят обкладку или промазку текстиля тонким слоем резиновой смеси; процесс протекает так же, как и каландрование резиновых смесей.

2. Непрерывным выдавливанием (шприцеванием, экструзией) называется процесс выдавливания сырых резин, при котором разогретая резиновая смесь проталкивается через профилирующее отверстие (мундштук) и формуются профилированные заготовки. Таким способом изготавливаются трубки, полосы, шнуры и другие изделия. Температура резиновой смеси играет значительную роль в процессе непрерывного выдавливания:

• для червячных машин теплого питания она должна находиться в пределах 40-80 градусов (при ее изменении нарушается процесс шприцевания, получаются заготовки неправильного профиля);
• для червячных машин холодного питания – 18-23 градуса, что значительно упрощает регулирование температурного режима;
• в червячных шприц - машинах холодного и горячего питания, подаваемая смесь выдавливается через профильное отверстие головки с помощью червяка. В шприц – прессах смесь продавливается плунжером через мундштук под давлением. Шприц – прессы, в отличие от шприц-машин, являются механизмами периодического действия и не могут обеспечить непрерывный процесс. В свою очередь, червячные машины можно комплектовать в механические или автоматизированные поточные линии.

3. Литье резины под давлением – это процесс впрыска разогретой каучуковой смеси в подготовленную заранее сомкнутую форму, после чего происходит вулканизация смеси и получается резина с заранее заданными свойствами. Такое литье является одним из наиболее прогрессивных процессов переработки резин в изделия, который особо целесообразен при массовом изготовлении однородных изделий со сложной конфигурацией. Литье под давлением является циклическим процессом. Резиновые смеси для литья под давлением могут быть на основе изопренового и силоксанового каучуков, полихлорорлена, бутилкаучука, бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного или натурального каучука. Смеси должны обладать высокой скоростью вулканизации, при этом иметь высокую стойкость к подвулканизации. Литье резины под давлением имеет ряд преимуществ перед другими способами: благодаря замыканию формы перед впрыском подготовленной резиновой смеси, получаются изделия с гладкой поверхностью, без заусениц и облоя, не требующие дополнительной обработки, сокращается количество отходов производства.

4. Прессовый метод – один из наиболее распространенных методов получения изделий из резиновых смесей. Технология горячего прессования достаточно проста и не требует сложного дорогостоящего оборудования. Сырая резиновая смесь помещается во внутреннюю полость пресс-формы, разогретой до 130-200 градусов, вручную, далее под нужным давлением смеси придается форма внутренней полости пресс-формы. Для получения качественных монолитных изделий необходимо вывести из формы влагу и легколетучие вещества. Нужен так называемый процесс подпрессовки: кратковременное открытие формы с последующим ее смыканием. Далее следует стадия вулканизации: резиновая смесь теряет текучесть, становится прочной, эластичной. Продолжительность вулканизации в процессе горячего прессования резины может значительно превышать продолжительность цикла заполнения пресс-формы резиновой смесью и придания ей необходимой формы.

Контроль качества литья резины

Благодаря наличию современного оборудования и квалифицированного персонала, все литые резиновые изделия изготавливаются в соответствии с международными и отечественными стандартами. Специалисты отдела качества осуществляют постоянный мониторинг качества входного сырья и готовой продукции, соответствие требуемым нормам каждой партии литых резиновых изделий подтверждается паспортом готового изделия.

Как заказать и купить литые резиновые изделия?

Мы принимаем заказы на изготовление, как на серийных, так и единичных литых изделий из резины. Для заказа литья резины, заказчику необходимо предоставить чертеж или эскиз детали (фотографию) с указанием всех необходимых размеров и допусков, и данных о испытываемых нагрузках, условиях эксплуатации (температура, давление, рабочая среда и пр.). Если подобная документация отсутствует, наши специалисты окажут помощь в подготовке КД, основываясь на требованиях заказчика.

Для оформления заказа на изготовление изделий из литой резины вам необходимо заполнить форму обратной связи или отправить чертежи на почту [email protected].

Литье резины

Девиз съезда действительно отражает значительную роль литейного производства и развитии машиностроительного комплекса России. На долю литых деталей в среднем приходится 50 -70% массы (в станкостроении до 90%) и 20 — 22%стоимости машин.

Как правило, литые детали несут высокие нагрузки в машинах и механизмах и определяют их эксплуатационную надежность, точность и долговечность. Поэтому к качеству отливок в настоящее время предъявляются повышенные требования.

Понятие «Качественное литье» объединяет комплекс требований к литой детали, применяемой в машинах и механизмах различных отраслей промышленности. Основными требованиями являются: прочностные и эксплуатационные характеристики, геометрическая и размерная точность, чистота поверхности, товарный вид, минимальные припуски на механическую обработку.

Процесс получения качественной отливки складывается из двух основных технологических комплексов: получение качественного расплава и приготовления литейной формы Однако, даже при качественном выполнении этих технологических процессов может образоваться брак отливок при заливке сплава в форме и охлаждении отливки в контакте с материалом формы. Поэтому технологический цикл получения литой детали является длительным и ответственным.

Первый технологический комплекс складывается из следующих технологических приемов: подготовка шихтовых материалов и расплавление их в плавильном агрегате, термо-временная обработка расплава в печи, внепечная обработка расплава (модифицирование, рафинирование) и заливка его в литейную форму.

Второй комплекс: приготовление формовочной и стрежневой смесей, изготовление форм и стрежней, сборка форм и подача их на заливку (при изготовлении форм из песчано-глинистых и холодно-твердеющих смесей) или изготовление металлических форм при литье в кокиль, литье под давлением, центробежное литье и др. После заливки, затвердевания и охлаждения в форме производятся процессы выбивки, очистки, термообработки, грунтовки отливок.

Несмотря на применение большого количества технологических приемов и значительного перечня материалов, литейного и вспомогательного оборудования для производства качественной отливки литейное производство в России занимает лидирующее положение среди других заготовительных производств машиностроительного комплекса таких как сварка и кузница. Только литейное производство позволяет получить сложные по конфигурации и геометрии фасонные заготовки с внутренними полостями из черных и цветных сплавов развесом от нескольких граммов до 200 тонн.

Литейное производство является наиболее наукоемким, энергоемким и материалоемким производством. При разработке теоретических основ технологических процессов применяются основные науки: физика, химия, физическая химия, гидравлика, математика, материаловедение, термодинамика и другие прикладные науки.

Для производства 1 тонны годных отливок требуется 1,2-1,7 тонн металлических шихтовых материалов, ферросплавов, модификаторов, переработка и подготовка 3-5 тонн формовочных песков (при литье в песчано-глинистые формы), 3-4 кг связующих материалов (при литье в формы из ХТС) и красок. Расход электроэнергии при плавке черных и цветных сплавов в электрических печах составляет от 500 до 700 кВт/час. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляет 50-60%, стоимость материалов 30-35%.

Достижения в науке, разработке новых технологических процессов, материалов и оборудования позволили за последние 10 лет повысить механические и эксплуатационные характеристики сплавов на 20%, повысить размерную и геометрическую точность, снизить припуски на механическую обработку, улучшить товарный вид.

Повышение качества литья неразрывно связанно с повышением производительности, автоматизации и механизации технологических процессов, экономических и экологических показателей. Поэтому при строительстве новых и реконструкции старых литейных цехов и заводов выбор технологических процессов и оборудования производится на основе типа сплава, массы и номенклатуры отливок, объема производства отливок, технических требований к отливкам технико-экономических и экологических показателей.

Для разработки перспектив и стратегии дальнейшего развития литейного производства требуется оценка его состояния в целом по России и отдельно в различных отраслях промышленности, определения перспектив развития приоритетных отраслей промышленности и на их основе определить перспективы развития черных и цветных сплавов, технологических процессов и оборудования.

Рассмотрим современное состояние литейного производства России.

В 2015 г. в мире произведено 104,1 млн. т отливок из черных и цветных сплавов. Объемы производства литых заготовок из черных и цветных сплавов в странах мира представлены на рис. 1.

Рис. 1

По экспериментальной оценке в настоящее время в России насчитывается около 1100 действующих литейных предприятий, которые в 2016 г. произвели 3,8 млн. тонн отливок и около 90 предприятий которые производят оборудование и материалы для литейного производства.

Распределение литейных цехов и заводов России по мощностям представлено на рис. 2.

Рис. 2 Распределение литейных цехов и заводов по мощностям, 1000 т/год и %

В настоящее время в России основное количество литейных предприятий (70%) с мощностью до 5 тыс. тонн в год.

Динамика производства отливок из черных и цветных сплавов в период с 1985 г. по 2016 г. представлены в таблице 1.

Таблица 1

Динамика производства отливок и перспектива развития до 2020 г.

Годы	1985	1990	2000	2005	2010	2014	2015	2016	2020
Выпуск отливок в млн. т, в т.ч. из:	18,5	13,4	4,85	7,6	3,9	4,1	4,0	3,8	5,0
Чугуна	12,9	9,3	3,5	5,2	2,9	2,9	2,6	2,2	2,6
Стали	3,1	3,24	0,96	1,3	0,6	0,7	0,9	1,0	1,4
Цветных сплавов	2,5	0,86	0,39	1,1	0,4	0,5	0,5	0,6	1,0

На рис. 3 представлена динамика развития производства отливок за последние 12 лет и перспективы до 2020 г.

Основными причинами резкого спада объемов производства отливок в период с 1985 по 2010 г. являлись:

1. Приватизация. Многие заводы (около 30%) оставлены, оборудование и коммуникации разделаны и сданы на лом, в том числе заводы — «Центролиты», которые производили около 1,5 млн. т литья.

2. Общий экономический и технический кризис. Отсутствие законов, цепочка взаимных неплатежей, затоваривание готовой продукции на предприятиях, отсутствие оборотных средств, задолженность по зарплате.

3. Высокие ставки кредитования, высокие налоги и таможенные пошлины.

4. Высокие цены на энергоносители, материалы, низкая заработная плата и др.

Поэтому с 1985 по 2010 объем производства литых заготовок сократился в 4,7 раза.

Во втором периоде с 2005 по 2016 г. г. к этим причинам, которые разрушали литейное производство, добавился модный тезис «Все что можно купить, не надо производить».

В результате в настоящее время основная масса оборудования не только в литейном производстве, но и в металлургии, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве и др. отраслях закупается за рубежом. В такой постановке вопроса отливки не востребованы. Продолжается процесс банкротства и ликвидации литейных цехов и заводов. Таким образом с 1985 г. по настоящее время количество литейных цехов и заводов сократилось с 2500 до 1200, т.е. на 52%, средняя загрузка существующих литейных предприятий составляет 42%.

К 2020 г. можно предвидеть рост выпуска литья за счет развития нефтегазовой промышленности, железнодорожной, оборонной, авиа-космической и др. отраслей. В основном прогнозируется рост производства отливок из стали, высокопрочного чугуна, алюминиевых, титановых и магниевых сплавов, снижение импорта литейного оборудования за счет импортозамещения.

За последние 5 лет объемы производства стальных отливок увеличились на 14,2%, отливок из цветных сплавов — на 15%, а чугунных уменьшилось на 24%. В перспективе с 2016 по 2020 гг. предполагается (по экспертной оценке) рост производства отливок до 5 млн. тонн за счет импортозамещения производства отливок из цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых, специальных), автокомпонентов, стальных отливок для арматуростроения, нефтегазовой промышленности, железнодорожного транспорта, увеличения объемов производства отечественного оборудования и сопутствующих материалов для различных отраслей промышленности.

Динамика объемов производства в России отливок, оборудования и материалов приведена в таблице 2.

Таблица 2

Динамика объемов производств в России отливок, оборудования и материалов

Годы	2012	2016	2020
Производство отливок, %	82	90	96
Производство оборудования, %	30	35	45
Производство материалов,%	70	80	85

Отечественное литейное оборудование, в основном производится на следующих предприятиях: АО «Сиблитмаш», АО «Дальэнергомаш» — «Амурлитмаш», ООО «Литмашприбор», ООО «Униреп-сервис», ООО «Тебова — Нур», ООО «Завод АКС», ООО «Толедо». Плавильное оборудование производят: ООО СКБ «Сибэлекторотерм», ООО «НПФ Комтер», ООО «Рэлтек», ЗАО «Накал-Промышленные печи», Новозыбковский завод электротехнического оборудования, Саратовский завод «Электортерм-93», ООО «Электротехнология», г. Екатеринбург и ООО «Курай» г. Уфа.

Однако они не полностью удовлетворяют потребность литейных цехов и заводов. Поэтому около 65% литейного оборудования закупается за рубежом, в таких странах как Германия, Италия, Китай, Япония, Турция, Чехия и др.

В настоящее время в России не производиться следующее оборудование:

• автоматические и механизированные высокопроизводительные линии для изготовления опочных и безопочных форм из сырых песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей;
• машины для изготовления форм из песчано-глинистых смесей с размером опок от 400*500 мм до 1200*1500 мм.
• машина для изготовления литейных стержней по горячей и холодной оснастке;
• оборудование для покраски литейных форм;
• смесители периодического и непрерывного действия для производства ХТС — смесей производительностью более 10 т/час.
• кокильные машины и машины литья под низким давлением;
• машины центробежного литья;
• индукционные печи средней частоты емкостью более 6 тонн для выплавки чугуна и стали:
• оборудование для регенерации ХТС-смесей;
• Оборудование для термической обработки отливок.

Поэтому в намеченный период необходимо будет покупать литейное оборудование и сопутствующие технологии.

Необходимо отметить, что отдельные виды оборудования, которое производиться в России, уступают зарубежному по качеству, а в ряде случаев и по стоимости.

Поставление №9 от 14.01.2017 запрещает закупку оборудования, которое не производится в России. Однако одним запрещение не решить вопросы производства высококачественного оборудования. Необходимо определить перечень основных заводов — производителей литейного оборудования и оказать им финансовую помощь для модернизации производства.

В 2016 г. импорт оборудования и запасных частей из всех стран мира составил около 500 млн. долларов США. По сравнению с 2015 г. импорт оборудования сократился на 9%.

По экспертной оценке на существующих заводов сегодня недостаточно мощностей для производства требуемого литейной отраслью оборудования. Необходимо строительство новых производств, оснащенных современным технологическим оборудование или переквалифицировать заводы других отраслей, в частности заводы станкостроительной отрасли.

Литые детали из черных и цветных сплавов широко используются в различных отраслях промышленности. Каждая отрасль предъявляет соответствующие характерные ей требования к отливкам по номенклатуре, механическим и эксплуатационным свойствам, типу сплава, массе отливок, и соответственно, по виду технологических процессов и оборудования.

Производство отливок по отраслям промышленности представлено на рис. 3.

Производство отливок из черных и цветных сплавов представлено на рис. 4.

Распределение объемов производства отливок по технологическим процессам производства на рис. 5.

Рис. 3.

Рис. 4. Производство отливок из черных и цветных сплавов по отраслям, %

Рис. 5.

За последние 5 лет реконструировались полностью или частично более 160 литейных производств. Широко осваиваются перспективные технологические процессы: плавка литейных сплавов в индукционных и дуговых электропечах, увлечение доли производства отливок из высокопрочного чугуна, магниевых и алюминиевых и титановых сплавов, изготовление форм и стержней их холоднотвердеющих смесей, моделирование литейных процессов с применением числовых, в том числе 3D-технологий.

В последние годы увеличились объемы производств отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют отливки из чугуна и стали. Применяя современные методы рафинирования, модифицирования, микролегирования и дегазации можно получить высокие прочностные характеристики сплавов до 450 500 МПа.

Объемы производств литых заготовок из цветных сплавов (по экспериментальной оценке) приведены в табл. 3

Тип сплава	Производство отливок, тыс. т/%
Всего из цветных сплавов	600/100
Из алюминиевых сплавов, включая слитки	440/73,3
Из магниевых сплавов	30/5,0
Их медных сплавов	80/13,3
Из титановых сплавов	20/3,4
Из никелевых сплавов	10/1,6
И других сплавов	20/3,4

Для выплавки черных сплавов перспективными технологиями являются плавка в электродуговых и индукционных печах, обеспечивающих стабильно заданные химсостав и температуру для проведения внепечной обработки методами рафинирования и модифированная.

С 2010 по 2016 г.г. объемы выплавки чугуна в индукционных печах и дуплекс-процессом увеличился на 30%. При этом надо учитывать, что рост объемов производства электроплавки чугуна осуществляется не только заменой вагранок на индукционные печи, но и закрытие литейных цехов с ваграночной плавкой чугуна.

Переход на электроплавку чугуна позволил увеличить производство отливок из высокопрочного чугуна 12, 5%.

Соответственно изменился и средний состав шихтовых материалов при выплавке чугуна в различных плавильных агрегатах. В шихте увеличилось количество стального и чугунного лома на 15% и уменьшилось количество чушковых литейных и предельных чугунов на 28%.

Важную роль в получении качественных отливок играют методы получения литейных форм и стержней. Перспективными являются динамические методы уплотнения литейных форм из холоднотвердеющих смесей. В настоящее время изготовление форм из ПГС составляет 60 % , из ХТС — 40%. За последние 5 лет производство изготовления форм их ХТС увеличилось на 11%.

Таким образом, наиболее перспективными направлениями развития литейного производства являются:

Плавка черных сплавов в индукционных печах средней частоты и дуговых печах перемененного и постоянного тока;

• Создание и производство современного оборудования для изготовления литейных форм и стержней:
• Развитие производства отливок из высокопрочного чугуна и отливок из алюминиевых, магниевых, титановых, и специальных сплавов;
• Строительство новых и реконструкция старых литейных производство для производства литейного оборудования, укрупнение литейных производств и слияние в корпорации.

Модернизация литейного производства тесно связанна с подготовкой кадров. Без подготовки специалистов новой формации невозможно создание и освоение новых технологий, направленных на повышение качества продукции и повышение производительности труда.

Опыт последних лет показывает, что подготовку кадров (инженеров, техников, рабочих), необходимо начинать со школьной семьи Уровень подготовки в школах существенно ниже уровня требований, которые предъявляются к выпускникам школ при поступления в высшие учебные заведения.

Интерес со стороны молодежи к обучению в ВУЗе на литейную специальность заметно снизился, резко снижается престижность технического труда. Необходимо вернуть к методике подготовки в ВУЗах инженеров, распределению специалистов по предприятиям страны с предоставлением социальных льгот.

Вся научная деятельность сосредоточена на литейных кафедрах ВУЗов, которые не обеспечены современной исследовательской техникой, методическими пособиями.

В последние годы количество литейных кафедр резко уменьшилось, идет процесс объединения литейных кафедр с кафедрами сварки, металловедения, материаловедения. Связь науки с производством нарушена, нет тесной связи ВУЗов с предприятиями по вопросам подготовки и использования бакалавров. В результате лишь 30% выпускников литейных кафедр работает по специальности, а литейные предприятия не имеют специалистов высокой квалификации.

В настоящее время в литейном производстве работает около 350 тыс. человек, в том числе рабочих — 92%, экономистов и менеджеров — 3 %, инженеров — 4,8%, научных работников — 0,2% (рис. 6.)

Рис. 6.

В этом плане нельзя исключать и подготовку преподавательского состава. Сегодня зачастую подготовка специалистов отстает от развития производства.

Модернизация и реконструкция литейных предприятий медленно продолжается на базе новых экологических чистых технологических процессов и материалов., прогрессивного оборудования, обеспечивающих получение высококачественных отливок, отвечающим мировым стандартам.

Однако отдельные примеры частичной модернизации литейного производства не ответствуют мировым стандартам, темпам улучшения качества литых заготовок и повышения производительности труда. Сегодня необходимо строить гибкие производства, обеспечивающие непрерывность работы технологической цепи оборудования и возможность ее переналадки при производстве широкой номенклатуры отливок.

Необходимо разработать стратегию и тактику развития литейного производства России на ближайшие 10-15 лет. Учитывая межотраслевой характер литейного производства должны разрабатывать высококвалифицированные специалисты с богатым практическим опытом при активной поддержке Правительства РФ.

Каждая отрасль машиностроительного комплекса имеет свои особенности по применению литых заготовок из черных и цветных сплавов, механических и эксплуатационных свойств отливок, применению литых заготовок из черных и черных и цветных сплавов, механических и эксплуатационных свойств отливок, применению технологически процессов и оборудования для производства отливок, развеса и номенклатуры литых деталей, типа производства (мелкосерийное, серийное, массовое) и пр.

Поэтому на первом этапе необходимо создать рабочие группы и провести анализ существующего производства литых заготовок по отраслям и определить перспективы их развития до 2020 и 2030 годов.

На основе этих данных можно будет определить приоритетные отрасли, объемы производства отливок из черных и цветных сплавов, потребность в оборудовании и материалах.

Параллельно необходимо разрабатывать стратегию развития литейного машиностроения и подготовки кадров. Необходимо определить производственные и технологические возможности производства литейного оборудования на существующих заводах, определить перечь оборудования, которое подлежит импортозамещению, и которое необходимо закупать за рубежом в указанные сроки стратегии.

Поэтому разработка стратегии развития литейного производства России является комплексной, межотраслевой и сложной задачей, которая требует определенное время и финансирование. При отсутствии четких данных о потребностях отливок: «сколько», «каких» и «кому» стратегию развития литейного производства не может быть разработана и успешно выполнена.

Для реализации перспектив развития литейного производства в рамках стратегии необходимо:

1. Создать Федеральный научный центр по литейному производству для координации научной деятельности, осуществление связи академической науки с Министерствами, ВУЗами и заводами.
2. Создать в структуре Минпромторга РФ департамент Литейного производства и оснастить специалистами с вложением обязанностей координации технической и технологической деятельности литейных предприятий различных отраслей промышленности, разработки новых технологических процессов, оборудования и материалов, повышение квалификации инженерного, среднего звена и рабочих.
3. Создать при литейных кафедрах ВУЗов страны начно-производственные центры и оснастить их современым технологическим оборудованием, приборами и специалистами.
4. Строительство новых или модернизация старых машиностроительных заводов, в том числе станкостроительных для изготовления литейного оборудования. обеспечить их необходимым финансированием.
5. Возобновить Государственную годовую отчетность литейных предприятий по производству и закупке продукции (оборудования, материалов, отливок, (по сплавам).
6. Рекомендовать Министерству образования и науки присвоит статус остродефицитных специальностей по профилю «Литейное производство» и возобновить инженерную подготовку в вузах.
7. Обратить внимание на деятельность общественных организаций и дать им соответствующие полномочия и финансовую поддержку, учитывая опыт работы ассоциаций литейщиков стран BRICS с Правительством.
8. Учредить профессиональный праздник «День литейщика» в первое воскресенье июня месяца.

Надеемся, что совместными усилиями ученых, научных работников, руководителей предприятий, специалистов — литейщиков, общественных организаций при активной поддержке Правительства РФ удастся существенно повысить конкурентоспособность литейного производства России на мировом уровне.

И. А. Дибров, профессор, д. т. н., президент Российской ассоциации литейщиков, заслуженный металлург РФ, главный редактор журнала «Литейщик России»

Литейные заводы России – предприятия, выпускающие отливки – фасонные детали и заготовки – путем заполнения литейных форм жидкими сплавами. Основные потребители продукции литейных заводов – предприятия машиностроительного комплекса (до 70% от всех выпускаемых литых заготовок), металлургической промышленности (до 20%). Около 10% изделий, производимых методом литья, составляет санитарно-техническое оборудование.

Литье – оптимальный способ получения заготовок сложной геометрии, максимально приближенных по конфигурации к готовым изделиям, что не всегда возможно достичь иными методами (ковкой, сваркой и пр.). В процессе литья получают изделия самой разнообразной толщины (от 0,5 до 500 мм), длины (от нескольких см до 20 м) и массы (от нескольких граммов до 300 тонн). Небольшие припуски – выгодная особенность литейных заготовок, позволяющая снизить себестоимость готовой продукции путем уменьшения расхода металла и затрат на механическую обработку изделий. Свыше половины деталей, используемых в современном промышленном оборудовании, изготовлены методом литья.

Основными видами сырья в литейном производстве служат:

• серый литейный чугун (до 75%);
• сталь – углеродистая и легированная (20%);
• ковкий чугун (3%);
• цветные сплавы – алюминиевые, магниевые, цинковые медные (2%).

Процесс литья осуществляется разнообразными способами, которые классифицируются:

1) по способу заполнения литейных форм:

• обычное литье;
• литье с утеплением;
• литье под давлением;
• центробежное литье;

2) по способу изготовления литейных форм:

• в разовые формы (песчаные, оболочковые), предназначенные для получения лишь одной отливки;
• в формы многократного использования (керамические или глиняно-песчаные), выдерживающие до 150 заливок;
• в постоянные металлические формы (например, кокили), выдерживающие несколько тысяч заливок.

Наиболее распространен способ литья в песчаные формы (до 80% по массе от всех осуществляемых в мире отливок). Технология данного вида литья включает в себя:

• подготовку материалов;
• приготовление формовочных и стержневых смесей;
• создание форм и стержней;
• приостановку стержней и сборку форм;
• плавку металла и заливку его в формы;
• охлаждение металла и выбивку готовой отливки;
• очистку отливки, ее термообработку и отделку.

Первый русский литейный завод (так называемая «пушечная изба») появился в Москве в 1479 г. При Иване Грозном литейные заводы появились в Кашире, Туле и других городах. В царствование Петра I изготовление отливок было освоено практически во всем государстве – на Урале, в южной и северной части страны. В XVII веке Россия начала осуществлять экспорт отливок из чугуна. Замечательными образцами российского литейного искусства служат 40-тонная «Царь-пушка», отлитая А. Чоховым в 1586 г., «Царь-колокол» весом свыше 200 тонн, созданный в 1735 г. И.Ф. и М.И. Маториными. В 1873 г. рабочими Пермского завода была осуществлена отливка шабота (нижней части, воспринимающей удар) парового молота весом 650 тонн, которая входит в число самых гигантских отливок в мире.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт материаловедения и металлургии

Кафедра «Литейное производство и упрочняющие технологии»

Конспект лекций по дисциплине «Литейное производство»

Лекция 1

Основные понятия литейного производства

План лекции

1. Понятие литейного производства.

2. Краткий исторический обзор развития литейного производства. Роль российских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок и слитков.

3. Классификация литейных сплавов и области их применения.

Современную жизнь невозможно представить себе без металлов. Металлы являются основой технического прогресса, фундаментом материальной культуры всего человечества. Но металл становится полезным человеку только тогда, когда из него получили изделия. Существует три основных вида получения изделий из металлов. Это литейное производство, обработка металлов давлением и обработка металлов резанием. Курс «Литейное производство» посвящен первому виду металлообработки.

В настоящем конспекте лекций достаточно подробно рассматриваются теоретические основы литейного производства, кроме того, описываются технологические процессы получения различных изделий и применяемые при этом оборудование и инструмент.

Конспект лекций посвящен литейному производству черных и цветных металлов. В нем изложены основы теории, технологические процессы и оборудование, предназначенное для получения отливок различными способами (в разовые песчано-глинистые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением и др.).

Главное внимание при изложении материала уделено рассмотрению физического и физико-химического существа процессов той или иной технологии, особенностям конструирования оснастки, назначению технологических режимов, применяемому оборудованию и средствам автоматизации.

Наряду с изложением конкретного материала для каждого технологического способа получения заготовок особое внимание уделяется основным «узким» местам, проблемам технологических процессов, анализу путей и средств их решения для получения изделий заданного качества и достижения высокой эффективности производства; на основе такого же подхода рассмотрены и перспективы развития каждого процесса.

Понятие литейного производства

Сущность литейного производства сводится к получению жидкого, т.е. нагретого выше температуры плавления, сплава необходимого состава и качества и заливке его в заранее приготовленную форму. После охлаждения металл затвердевает и сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Таким образом, чтобы изготовить отливку, необходимо:

1) определить материалы, которые нужно ввести в шихту для плавки, произвести их расчет, подготовить эти материалы (разделать на куски, отвесить нужное количество каждого компонента); загрузить материалы в плавильную печь;

2) осуществить плавку – получить жидкий металл необходимой температуры, жидкотекучести, должного химического состава, без неметаллических включений и газов, способный при затвердевании образовать мелкокристаллическую структуру без дефектов с достаточно высокими механическими свойствами;

3) до окончания плавки приготовить литейные формы (для заливки в них металла), способные, не разрушаясь, выдерживать высокую температуру металла, его гидростатическое давление и размывающее действие струи, а также способные пропускать через поры или каналы выделяющиеся из металла газы;

4) произвести выпуск металла из печи в ковш и доставить его к литейным формам; выполнить заливку литейных форм жидким металлом, не допуская перерывов струи и попадания в форму шлака;

5) после затвердевания металла раскрыть формы и извлечь из них отливки; ПРОИЗВОДСТВО

6) отделить от отливки все литники (металл, застывший в литниковых каналах), а также образовавшиеся (при некачественной заливке или формовке) приливы и заусеницы;

7) очистить отливки от частиц формовочной или стержневой смеси;

8) осуществить контроль качества и размеров отливок.

В настоящее время наибольшее число отливок получают в разовых (песчаных) формах, выполняемых из формовочной смеси, состоящей из кварцевого песка, огнеупорной глины и специальных добавок. После затвердевания металла форму разрушают и извлекают отливку. Кроме разовых, применяют полупостоянные формы, изготовленные из высокоогнеупорных материалов (шамота, графита и др.), они используются для заливки нескольких десятков (50–200) отливок, и постоянные формы – металлические, они служат для получения нескольких сотен, а иногда и тысяч отливок до износа формы. Выбор литейной формы зависит от характера производства, рода заливаемого металла, требований, предъявляемых к отливке.

Краткий исторический обзор развития литейного производства. Роль российских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок и слитков

Литейное производство является одним из самых древних видов искусства обработки металлов, с которым познакомилось человечество. Многочисленные археологические находки, обнаруженные при раскопках курганов в различных пунктах нашей страны свидетельствуют, что и в Древней Руси медное и бронзовое литье производилось в достаточно большом количестве (котелки, наконечники стрел, украшения – серьги, запястья, кольца, головные уборы и др.). При раскопках обнаружены были уцелевшие горны и печи, каменные формочки, служившие для отливки полых топоров, колец, браслетов, металлических бус, крестов и др. Однако большая часть найденных в Древней Руси отливок была получена литьем по восковой модели.

Оригинален способ изготовления модели: из провощенных шнуров сплетали узор, представляющий копию будущего изделия; на эту восковую модель наносили глину, пока не получалась достаточно прочная форма, после высушивания форму прокаливали, воск выплавлялся, а шнуры выгорали, в образовавшуюся полость заливали металл, после охлаждения получалась отливка сложных очертаний.

В ХI в. на Руси возникли местные производственные центры для отливки предметов церковного (медные кресты, колокола, образки, подсвечники и др.) и домашнего (котелки, рукомойники и др.) обихода. Помимо Киева, Новгорода Великого, крупными центрами по выпуску медно-литых изделий стали Устюг Великий, Тверь. Татарское нашествие вызвало застой, продолжавшийся до середины ХIV в., после чего начался подъем литейного производства. Это объясняется тем, что создалось централизованное крупное государство, в связи с чем начали развиваться города и потребовалось вооружение, теперь уже огнестрельное. С производства сварных пушек перешли на бронзовые – литые, отливали колокола, создавали медно-литейные мастерские художественного литья. К середине ХVI в. московская артиллерия занимала в количественном отношении первое место среди артиллерии европейских государств.

Петровская эпоха представляет скачок в развитии литейного производства. Были созданы большие тульские и калужские заводы Никиты Демидова и Ивана Баташова. Первые стальные отливки были получены во второй половине ХIХ в. почти одновременно в различных странах Европы. В России их изготовили в 1866 г. из тигельной стали на Обуховском заводе. Однако качество отливок оказалось низким, так как литейные свойства стали значительно уступали свойствам чугуна. Благодаря работам русских ученых металлургов А.С. Лаврова и Н.В. Калакуцкого, которые объяснили явления ликвации и представили механизм возникновения усадочных и газовых раковин, а также разработали меры борьбы с ними, в полной мере раскрылись достоинства стальных отливок. Поэтому фасонные отливки, полученные А.А. Износковым из мартеновской стали на Сормовском заводе в 1870 г., оказались такого высокого качества, что демонстрировались на выставке в Санкт-Петербурге.

После выхода научных трудов основоположника металлографии Д.К. Чернова, создавшего науку о превращениях в сплавах, об их кристаллизации, структуре и свойствах, начали применять термическую обработку, которая улучшила качество стального литья. Теория металлургических процессов была введена в высшей школе А.А. Байковым в 1908 г. в Петербурском Политехническом институте. В период с 1927 по 1941 гг. происходит невиданный для прежней России рост промышленности, строятся крупнейшие механизированные заводы. Строятся и пускаются литейные цехи, работающие на поточном режиме, с высокой степенью механизации, с конвейерами, с годовым выпуском до 100 тыс. т литья.

Одновременно проводятся научно-исследовательские работы, создаются теории рабочих процессов и методов расчета литейного оборудования. Формируется научная школа Московского высшего технического училища, основанная и возглавляемая проф. Н.П. Аксеновым.

Широкое распространение литейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению с другими способами производства заготовок (ковкой, штамповкой). Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку.

Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например, производство поковок. Развитие литейного производства до наших дней проходило по двум направлениям:

1) разработка новых литейных сплавов и металлургических процессов;

2) совершенствование технологии и механизации производства.

Большие успехи были достигнуты в области изучения и улучшения механических и технологических свойств серых чугунов – наиболее распространенных и дешевых литейных сплавов. Все большее распространение получают и совершенствуются специальные виды литья: кокильное, под давлением, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям и др., обеспечивающие получение точных отливок и, следовательно, уменьшение затрат на обработку резанием.

Классификация литейных сплавов и области их применения

В среднем на долю литых деталей приходится около 50 % массы машин и механизмов, а их стоимость достигает 20–25 % от стоимости машин. В зависимости от метода получения литых заготовок сплавы подразделяют на литейные и деформированные. Литейные сплавы либо приготовляют из исходных компонентов (шихтовых материалов) непосредственно в литейном цехе, либо получают с металлургических комбинатов в готовом виде и только переплавляют перед заливкой в литейные формы. Как в первом, так и во втором случае отдельные элементы в процессе плавки могут окисляться (угарать), улетучиваться при повышенных температурах (возгоняться), вступать в химическое взаимодействие с другими компонентами или с футеровкой печи и переходить в шлак.

Для восстановления требуемого состава сплава потери отдельных элементов в нем компенсируют, вводя в расплав специальные добавки (лигатуры, ферросплавы), приготовляемые на металлургических предприятиях. Лигатуры содержат помимо легирующего элемента также и основной металл сплава, поэтому они легче и полнее усваиваются расплавом, чем чистый легирующий элемент. При плавке сплавов цветных металлов применяют лигатуры: медь–никель, медь–алюминий, медь–олово, алюминий–магний и др.

При литье черных сплавов широко используют ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферровольфрам и др.) для введения легирующих элементов, а также для раскисления расплава. В процессе раскисления элементы, содержащиеся в ферросплавах, выполняют роль восстановителей: они соединяются с кислородом оксида, растворенного в расплаве, восстанавливают металл, а сами, окислившись, переходят в шлак. Очищение (рафинирование) расплава раскислением способствует значительному улучшению качества металла отливки, повышению его прочности и пластичности. Ряд сплавов, а также неметаллических материалов (солей и др.) используют в качестве модификаторов, которые при введении в литейный сплав в небольших количествах существенно влияют на его структуру и свойства, например, измельчают зерно и способствуют повышению прочности металла. Так, для получения высокопрочного чугуна используют модифицирование магнием.

Основными критериями качества литого металла являются механические свойства, показатели структуры, жаростойкости, износостойкости, коррозионной стойкости и др., заданные в технических требованиях.

Сплавы принято разделять, как и металлы, прежде всего на черные и цветные, причем в последние входят и легкие сплавы. Сплавы подразделяют на группы в зависимости от того, какой металл является основой сплава.

Наиболее важными группами сплавов считаются следующие:

чугуны и стали – сплавы железа с углеродом и другими элементами;

сплавы алюминия с различными элементами;

сплавы магния с различными элементами;

бронзы и латуни – сплавы меди с различными элементами.

В настоящее время наиболее широкое применение находят сплавы первой группы, т.е. сплавы черных металлов: около 70 % всех отливок по массе изготовляют из чугуна и около 20 % – из стали. На долю остальных групп сплавов приходится сравнительно небольшая часть общей массы отливок.

В химическом составе сплава различают основные элементы (например, железо и углерод в чугуне и стали), постоянные примеси, наличие которых обусловлено процессом производства сплава, и случайные примеси, попавшие в сплав вследствие тех или иных причин. К вредным примесям в стали и чугуне относятся сера, фосфор, закись железа, водород, азот и неметаллические включения. Вредными примесями в медных сплавах являются закись меди, висмут и в некоторых из них – фосфор. Резко ухудшают свойства оловянной бронзы примеси алюминия и железа, а в алюминиевой бронзе, наоборот, – олово. В алюминиевых сплавах должно быть ограничено содержание железа, в магниевых, кроме того, – меди, никеля и кремния. Газы и неметаллические включения во всех сплавах являются вредными примесями.

Требования к каждому литейному сплаву специфичны, однако существует и ряд общих требований:

1. состав сплава должен обеспечивать получение заданных свойств отливки (физических, химических, физико-химических, механических и др.);

2. сплав должен обладать хорошими литейными свойствами – высокой жидкотекучестью, несклонностью к насыщению газами и к образованию неметаллических включений, малой и стабильной усадкой при затвердевании и охлаждении, несклонностью к ликвации и образованию внутренних напряжений и трещин в отливках;

3. сплав должен быть по возможности простым по составу, легко приготовляться, не содержать токсичных компонентов, не выделять при плавке и заливке сильно загрязняющих окружающую среду продуктов;

4. сплав должен быть технологичным не только в изготовлении отливок, но и на всех последующих операциях получения готовых деталей (например, при обработке резанием, термообработке и т.д.);

5. сплав должен быть экономичным: содержать по возможности меньшее количество дорогостоящих компонентов, иметь минимальные потери при переработке его отходов (литников, брака).

Контрольные вопросы и задания

1. Какова история развития литейного производства в России?

2. Какова роль русских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок из сплавов черных и цветных металлов?

3. Каковы методы получения литых заготовок?

4. Какие литейные формы можно использовать для получения фасонных отливок?

5. Каким образом классифицируют литейные сплавы?

6. Каковы требования к литейным сплавам?

7. Перечислите основные области применения литейных сплавов.

8. В чем заключается сущность литейной технологии?