Основные виды литья для изготовления отливок

Как правильно выбрать процесс литья

Сложность дизайна

Характер вашего дизайна будет играть решающую роль при выборе процесса литья. Например, вы можете выбрать литье по выплавляемым моделям, если вам нужен сложный и гибкий дизайн. Литье по выплавляемым моделям практично при отливке сложных конструкций.

Выбор материала

Тип литейного материала повлияет на выбор процесса литья металла. Часть материала – черные и цветные металлы. У нас также есть специальные сплавы, которые можно использовать для определенных конструкций.

Литье по выплавляемым моделям допускает большее количество порций материала, чем другие методы.

С другой стороны, литье под давлением предпочтительнее, если вам нужна отделка высшего качества.

Стоимость кастинга

Литье под давлением требует больших затрат, поскольку обычно выполняется вручную. Единственное преимущество – это качество поверхностей. Вы можете сократить расходы на литье по выплавляемым моделям, применив минимальную механическую обработку.

Примечательно, что литье под давлением – это метод, который требует больших затрат на инструменты. Для завершения каждого процесса литья металла может потребоваться вторичное оборудование. Это может быть рентабельным методом, когда вы ищете большие объемы.

Компания “Современные Литейные Технологии” sltgroup.ru оказывает широкий спектр инжиниринговых услуг в сфере металлообрабатывающего и литейного производства от проектирования до ввода производства в эксплуатацию и вывода предприятия на проектную мощность.

Финишная обработка ювелирных изделий

После отливки и промывки готовые элементы отправляются на дальнейшую обработку – их зачищают от огрехов литья, шлифуют и полируют, кольца – доводят до нужного размера, серьги и подвесы скрепляют в единое украшение (например, как серьги с жемчужинами на подвесе), добавляют драгоценные вставки и отправляют в Пробирную палату. Там драгоценности проходят проверку и получают знак качества – пробирное клеймо.

Нужно отметить, что финальная обработка качественных украшений и массового продукта отличается. Так, для недорогих ювелирных изделий вместо ручных процессов шлифовки и полировки применяется галтовка. Украшения помещают в центрифугу с абразивным материалом, например, дроблёной скорлупой ореха или пластиковыми гранулами. Качество такой обработки ниже, но она позволяет предложить рынку дешёвые золотые и серебряные украшения.

Высший пилотаж мастеров ювелирного дела – закрепка. Даже самые прочные из драгоценных камней, бриллианты, сломаются при неаккуратном обращении. Закрепить вставку необходимо надёжно и при этом деликатно. Это кропотливая ручная работа, требующая выдержки и потрясающей точности исполнения. Представьте, сколько времени ушло на это кольцо на 2 пальца в виде змейки с изумрудными глазками и чешуей из белых и черных бриллиантов! С драгоценными камнями работают только мастера высшего класса. Ручная закрепка не идёт в сравнение с машинной. Последняя не может обеспечить надёжного результата, но даёт большую экономию.

Стальное литье

Основные способы литья:

— Литье в ХТС (холодно твердеющие смеси): Холодно-твердеющие смеси – это специальные смеси, которые после изготовления не требуют нагрева в сушильных печах. Благодаря связующим составляющим и отвердителям, они затвердевают на воздухе за 10-15 мин. Эта технология очень похожа на традиционную (литье металла в песчано-глинистые формы), только в виде связующего вещества для смесей песка применяют искусственные смолы. Для отверждения смол применяется продувка стержневых ящиков различными третичными аминами. Возможность получать отливки 7 класса точности по ГОСТ 26645-85. Холодно-твердеющие смеси крайне редко применяются в качестве общих формовочных материалов вследствие высокой стоимости связующих и затруднительной регенерации смесей. Применение ХТС для изготовления форм экономически оправдано в том случае, когда отношение массы формы к массе заливки металла не превышает 3:1. Поэтому эти смеси используются преимущественно для изготовления стержней, позволяющих формовать полости в отливке. Технология литья в ХТС позволяет обеспечить высокое качество поверхности литья, отсутствие газовых дефектов и засоров в отливке.

— Литье по выплавляемым моделям: Это процесс, в котором для получения отливок применяются разовые точные неразъемные керамические оболочковые формы, получаемые по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Литье по выплавляемым моделям обеспечивает получение сложных по форме отливок массой от нескольких грамм до десятков килограмм, со стенками толщиной от 0,5 мм и более, с поверхностью, соответствующей 2—5-му классам точности (ГОСТ 26645-85), и с высокой точностью размеров по сравнению с другими способами литья. По выплавляемым моделям отливают лопатки турбин, режущий инструмент (фрезы, сверла), кронштейны, карабины, мелкие детали автомобилей, тракторов.

— Литье в землю (литье в песчано-глинистые формы): Литье в землю является сравнительно простым и экономичным технологическим процессом. Во многих отраслях машиностроения (автомобилестроение, станкостроение, вагоностроение и др.) при массовом производстве отливок чаще всего применяется этот метод. Его технологические возможности: в основном, в качестве материала отливок используется серый чугун, обладающий хорошей текучестью и малой усадкой (1%), малоуглеродистая сталь (< 0,35%С). Весьма ограничено производятся таким способом отливки из медных и алюминиевых сплавов. Качество металла отливок весьма низкое, что связано с возможностью попадания в металл неметаллических включений, газовой пористостью (из за бурного газообразования при заливки металла во влажную форму). Форма отливок может быть весьма сложной, но все же ограничена необходимостью извлечения модели из формы. Размеры отливки теоретически неограниченны. Таким способом получают самые крупные отливки (до сотни тонн). Это станины станков, корпуса турбин и т. д. Точность получаемых отливок обычно грубее 14 квалитета и определяется специальными нормами точности. Шероховатость поверхности отливок превышает 0,3мм, на поверхности часто наличествуют раковины и неметаллические включения. Поэтому сопрягаемые поверхности деталей, заготовки которых получают таким методом, всегда обрабатывают резанием.

Литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям известно с древнейших времен, когда модель, выполненная из дерева или другого органического материала, выжигалась из формы при ее прокаливании на огне. Литье по выплавляемым моделям может быть оправдано только при создании уникальных художественных отливок, так как изготовление новой модели чрезвычайно трудоемко.

Обычно, трудности создания формы связаны с необходимостью извлечения модели из формы после ее уплотнения или затвердевания. Понятно, что не любая модель может быть извлечена и в ряде случаев желательно, чтобы после формовки модель как бы исчезла,»испарилась», освободив полость под заливку жидкого металла. В настоящее время модели изготавливаются из легкоплавкого материала — смеси стеарина и парафина, которая извлекается из формы выплавлением. Изготовление модели осуществляется отливкой в специальной металлической форме, которая выполняется с высокой точностью и поверхность ее полируется.

Литье по выплавляемым моделям: схема литья

Полученные модели (восковки) собираются в куст на модель литниковой системы выполненной также из лекгоплавкой смеси парафинов. Сборка их весьма проста, так как они легко соединяются местным расплавлением контактных зон, что производится нагретым ножом (шпателем). Полученная групповая модель погружается в суспензию, состоящую из мелкомолотого кварцевого песка и связующего (этилсиликат). На поверхности модели многократным окунанием в суспензию и взвесь песка и высушиванием создается толстая (4-8мм) керамическая корка. Извлечение модели из корки производят выплавлением в горячей воде, а остатки парафина удаляются при последующем прокаливании формы. Перед заливкой металла форма устанавливается в ящик и засыпается песком.

Литье по выплавляемым моделям имеет неоспоримое преимуществом в виде возможности получения чрезвычайно сложных по форме отливок (например, турбинных лопаток). Так как форма может быть получена из любой жаропрочной керамики, то нет ограничений по температуре плавления заливаемого металла. Высокая точность и низкая шероховатость поверхности получаемых изделий обеспечивается применением тонкодисперсных материалов для изготовления керамической формы. Литье по выплавляемым моделям в основном применяется для отливки:

• изделий из стали
• жаропрочных сплавов
• детали двигателестроения
• турбин и т.д.

Литье по выплавляемым моделям не позволяет получать крупногабаритные изделия, хотя в художественном литье возможности метода при создании уникальных изделий неограничены. В этом случае модель (восковку) изготавливает художник вручную.

Процесс литья металла

1. Литье по образцу

Выкройка обычно является точной копией внешней части отливки. Большинство конструкций будет из пластика, дерева, металла, гипса или пластика. Процесс изготовления моделей необходим для изготовления промышленных деталей. Вы выполните конкретные расчеты, чтобы детали подходили друг к другу.

Хорошая выкройка должна иметь точные размеры. Любая ошибка в процессе может стать причиной неудачного литья. Другими словами, создание выкройки – это обычно искусство конструирования паттернов. Это первый процесс литья металла, который также имеет большое значение.

Выкройки будут различаться по форме, размеру и сложности. Используются несколько направлений. Вот некоторые из ярких примеров:

a) Свободные узоры

Вы можете легко создавать рыхлые узоры на дереве. Вылепляя рыхлые выкройки, вы будете вручную разрезать систему подачи на песок. Кроме того, вы можете разделить некоторые из этих рыхлых узоров на две половины, чтобы облегчить лепку.

b) Закрытые шаблоны

Процесс более сложный, чем разрозненные шаблоны. Вы будете устанавливать шаблоны для включения литников. Процесс исключает ручную резку. Он имеет усовершенствованные формы, что позволяет получать отливки высокого качества.

2. Изготовление сердечника

Если отливка полая, вам понадобится дополнительный кусок металла или песка, также известный как сердечник. Они сформируют внутреннюю форму и сделают ее полой. Ядро складное, но обычно прочное. В результате вы сможете с комфортом снять его с готовой гипсовой повязки.

3. Молдинг

Формование – это обычно многоэтапный процесс. Он использует формовочный песок для формирования слепка вокруг узора. Во время литья вы помещаете металлическую литейную форму в рамку, которую мы называем опокой. Затем вы положите формовочный песок или зеленый песок в колбу вокруг шаблона. Этот метод широко известен как литье металла в песчаные формы.

Когда вы плотно наберете песок, вы можете удалить узор. В конце концов, гипс будет стоять. В качестве альтернативы вы можете создать неразрушающую металлическую форму, состоящую из двух частей. Затем можно многократно использовать пресс-форму для создания идентичных деталей для конкретных промышленных целей.

4. Заливка расплавленного металла

По мере того, как вы расплавляете металл, начните заливать его в полость формы и дайте ему затвердеть. Когда он завершит процесс затвердевания, запустите процесс взбалтывания. Подвергните форму вибрации, чтобы удалить песок с отливки.

Следовательно, вы будете собирать удаленный песок. Вы можете вернуть его и использовать в будущих задачах.

5. Уборка

Это последний шаг. Вы будете отделять отлитый металлический предмет от формы. Это произойдет позже при зачистке, которая включает в себя очистку объекта от любых расплавленных материалов. Здесь вы также можете удалить неровности.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование –  погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются  масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Отливка по выплавляемым моделям

Литьё по выплавляемым моделям позволяет производить точные компоненты, сводя к минимуму отходы материалов, уменьшая энергоёмкость производства и снижая затраты на последующую обработку готовых отливок, причём любой степени сложности.

Процесс литья по выплавляемым моделям происходит в несколько этапов:

• Создание исходного образца, в котором отражается конфигурация готовой детали, с поправкой на тепловую усадку заготовки;
• Изготовление восковых образцов и создание деревянной модели. Она собирается таким образом, чтобы обеспечить доставку расплава ко всем труднодоступным частям отливки;
• Создание оболочки пресс-формы, когда вся восковая модель окунается в керамическую суспензию, покрывается песчаной оболочкой и отправляется на сушку. Эти циклы повторяются до тех пор, пока не будет создана оболочка желаемой толщины, которая устанавливается по размерам и конфигурации готовой отливки. После высыхания керамической оболочки она становится достаточно прочной, чтобы удерживать расплавленный металл во время литья.
• Удаление воска, для чего вся сборка помещается в паровой автоклав, чтобы растопить практически весь воск (остатки, пропитанные керамическим составом, сжигаются в печи). Тогда же удаляются и литники;
• Расплавление и литьё. Форму предварительно нагревают до определенной температуры и заполняют расплавленным металлом, создавая металлическую отливку. С помощью процесса литья по выплавляемым моделям можно получить готовый продукт из любого сплава. В зависимости от его химического состава можно применить плавку на воздухе или в вакууме. Вакуумная плавка используется тогда, когда в сплаве присутствуют реактивные элементы.
• Заключительные операции. После того, как отливка окончательно остынет, оболочка кристаллизатора отделяется от отливки путем вытеснения. При этом отрезаются остатки каналов, литников, а, при необходимости, выполняется пескоструйная обработка, шлифовка и механическая доводка отливки до размерам, обусловленным чертежом изделия.

Технология включает стадию неразрушающего контроля, для чего используется флуоресцентный, магнитопорошковый, рентгенографический или другие методы проверки качества.

Преимущества метода:

• Широкий диапазон массы получаемых отливок – от мелких до 300…350 кг.
• Универсальность и сложность формы, включая и такие, которые нельзя получить металлорежущей обработкой на станках.
• Минимизация последующей механической доводки.
• Высокая точность и низкая шероховатость готовой поверхности.

Литьё по выплавляемым моделям — хорошая альтернатива сварке, поскольку многие компоненты можно объединить в одну отливку сложной формы.

Поскольку инструмент довольно сложен в изготовлении, то данная технология полностью окупает себя в условиях серийного и массового производства.

Основные процессы и технологии литья стали

Литье из стали ведется по нескольким технологиям. Такой способ обработки металла включает в себя следующие процессы:

1. Расплавление шихты.
2. Кипение.
3. Последующее раскисление неметаллических составляющих.

Плавка

Плавку стали можно проводить в домашних условиях. Для этого необходимо иметь графитовый тигель. В качестве основания выбирается огнеупорный кирпич.

Порядок изготовления печи следующий:

1. На небольшом расстоянии друг от другом устанавливаются 2 медные шины, которые крепятся болтами к кирпичу. Предварительно под ними прокладывается металлическая пластинка, один конец которой загибается.
2. К шинам подключается трансформатор.
3. На металлическую пластинку ставится тигель, в котором будет плавиться металл.
4. Загнутая часть пластины касается тигля.

Суть процесса заключается в том, что графит плохо проводит электроэнергию, поэтому при прохождении тока сильно разогревается. За счет этого и происходит плавление металла.

Дополнительные методы

Существуют следующие методы литья деталей:

1. Кислородно-конвертерный. Основан на получении отливок из чугуна. Идет процесс окисление примесей за счет подачи кислорода. В камере обеспечивается температура 1600 градусов.
2. Мартеновский. Отличается простотой и удобством.

В конце процесса ведется заливка расплавленного металла в формы. Для этого существует литниковая система, которая представляет собой каналы, ведущие к формам для отливки.

Стальные слитки получаются при непрерывном способе производства. Расплавленный металл поступает в кристаллизатор. Там он затвердевает, а затем вынимается и протягивается роликами. В целях быстрого остывания ведется его поливка водой. На последнем этапе он режется на мерные куски. Несмотря на то, что технология литья известна с древних времен, она постоянно совершенствуется. Появляются новые методы. Это связано с большой потребностью в стали. Без такого материала не может обойтись ни одна отрасль промышленности.