Рекламные агентства реклама в газетах. Бизнес идея: Рекламно-информационный журнал. Помещение и оборудование

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО , один из технологических процессов получения изделия заполнением расплавленным металлом заранее приготовленной формы, в которой металл отвердевает. Значение литейного производства в машиностроении характеризуется тем, что более 75% по весу всех деталей машин и орудий являются литыми. Изготовление деталей путем отливки является не только простым, а потому и дешевым способом, но часто при очень сложных конструкциях и крупных размерах деталей - и единственным. Литейным процессом можно получить изделия и из таких металлов, которые не обладают способностью коваться. В литейном производстве детали машин изготовляются индивидуальным, серийным и в некоторых случаях массовым порядком.

Материалами литейного производства являются: литейные материалы (чугун, сталь, медь и ее сплавы, алюминий и его сплавы и пр.); формовочные материалы (песок, глина и т. п.); вспомогательные материалы: топливо, огнеупорные материалы, флюсы и пр. Основные операции в литейном производстве следующие: 1) приготовление формовочной земли, 2)изготовление формы (формовка), 3) плавка металла, 4) сборка и заливка формы, 5) освобождение отливки из формы (выбивка), 6) очистка литья (обрубка, очистка и обрезка), 7) термическая обработка (отжиг или полная термическая обработка).

Изготовление форм (формовка) . В литейном производстве применяются: временные формы по преимуществу из глины и песка и постоянные металлические формы, гл. обр. из стали. Металл во время затвердевания уменьшается в объеме (явление усадки ), поэтому форму изготовляют по размерам больше изделия на величину усадки. Явление усадки отражается на прочности отливки, а иногда даже на ее целости, когда, например, формовочная масса (стержни), окруженная жидким металлом, является слишком прочной и неподатливой, а металл отливки застывая сокращается. Поэтому во временных формах формовочная масса д. б. податливой; при постоянных же формах необходимо (в зависимости от скорости затвердевания металла) вовремя выбрасывать из них изделия, что достигается очень точным (по времени) действием соответствующих механизмов.

Постоянные формы получили развитие гл. обр. для отливки цветных металлов, имеющих низкую температуру плавления, и отчасти для чугуна; для стали постоянные формы применяются редко, т. к. очень трудно (даже для чугуна) подобрать металл, противостоящий многократному нагреванию и охлаждению. Особенно широкое распространение получила отливка в постоянные формы (permanent molds) с металлическими шишками алюминиевых сплавов. К числу постоянных форм можно отнести так называемые долговременные многократного применения формы (long-life molds), предложенные и запатентованные фирмой Holley Carburettor Со., Detroit. Они изготовляются из очень прочного огнеупорного материала. Вся трудность изготовления этих форм заключается в подыскании соответствующего материала (каолин, магнезия, боксит) и хорошей связи его с чугунной оболочкой. Поверхность огнеупорного слоя можно подправлять пока он не износится, после чего огнеупорный слой наносят снова. В такие формы отливаются чугун и другие металлы (кроме стали). Отбелка чугуна не имеет места, и отливка хорошо обрабатывается.

Временные формы изготовляются при помощи моделей или же шаблонов, представляющих собой точную копию отливки (увеличенную на величину усадки), и опок - прямоугольных или квадратных (реже - круглых) ящиков без дна и крышки. Опоки служат для того, чтобы придать прочность формовочному материалу и при формовке обойтись возможно меньшим количеством формовочной земли. Гораздо реже формовка производится в почве без опок или только с одной верхней опокой.

Схематически процесс изготовления форм следующий. 1) Половину модели кладут на подмодельную плиту (фиг. 1). 2) На плиту ставят нижнюю половину опоки и засыпают на несколько мм модельной землей (фиг. 2), слегка уплотняемой вокруг модели (в большинстве случаев от руки); после этого в опоку насыпают наполнительную землю (доверху и более), которую затем уплотняют б. или м. сильно в зависимости от величины и характера отливки; форму вентилируют (протыкают в нескольких местах шпилькой).

3) Набитую опоку вместе с подмодельной доской перевертывают (фиг. 3); подмодельную доску снимают; поверхность нижней опоки посыпают разделительным песком. 4) На нижнюю половину модели ставят верхнюю половину модели, засыпаемую слоем модельного песка, и верхнюю опоку (фиг. 4), в которую ставят модели литника и выпора (фиг. 5). 5) После уплотнения наполнительной земли опоки разнимают, и из каждой половины удаляют модели. 6) В освобожденную от модели нижнюю форму вставляют стержень (фиг. 6), который готовится отдельно. 7) Нижнюю опоку со стержнем накрывают верхней опокой (фиг. 7); собранные опоки грузят, т. е. на верхнюю опоку кладут, груз, чтобы предохранить ее от всплывания при заполнении формы жидким металлом.

Способы наполнения опок формовочным материалом и уплотнения его приведены на фиг. 8.

Формовочные машины делятся на три основных типа: прессующие, встряхивающие и пескометы. Каждая формовочная машина снабжена приспособлениями для освобождения модели из опоки. Основные методы освобождения модели из опок показаны на фиг. 9.

В соответствий с методами освобождения моделей из опок формовочные машины кроме того делятся на подгруппы: 1) машины с подъемом опок, 2) машины с поворотною плитой и 3) машины с протяжною плитой.

На фиг. 10 изображена обыкновенная прессовая (с ручной подпрессовкой снизу) формовочная машина; на фиг. 11 приведен один из новейших типов встряхивающе-прессовых машин системы Никольса, работающих сжатым воздухом.

Модельная плита этой машины укрепляется на держателе модели В; опока (не показана на схеме) соединяется или с модельной плитой, или с рамкой Е, служащей опорой опоки. Ставят рукоятку вентиля N направо. Происходит встряхивание; при этом воздух проходит внутрь поршня В под поршень А, который несет на себе модельную плиту. Подъем поршня управляется автоматически поднятием окон F нижним краем поршня. Через эти окна воздух перетекает в поршень В и в атмосферу. Во время встряхивания траверсы Н с прессующей колодкой стоят над опокой.

Затем рукоятку вентиля N поворачивают налево. Тогда воздух идет по другому проводу под поршень В и поднимает оба поршня с модельной плитой, рамками Dи Eи наполненной песком утрясенной опокой и прижимает последнюю к прессовой колодке, чем и достигается уплотнение. Снова поворачивают рукоятку N в среднее положение, чем открывают выходное отверстие прессового цилиндра. Оба поршня A и В, держатель модели D с модельной плитой и несущая опоку рама Е падают вниз, причем кроме прессового поршня В направляющими служат круглые штанги G. Во время движения штанги G останавливаются собачками С на известной высоте так, что рама Е с готовой формой останавливается, тогда как система В-А-D с модельной плитой продолжают движение вниз; при этом модель вытаскивается из формы. Откачнувши траверсу с прессовой колодкой, легко снять форму. Для обеспечения точного вертикального движения держателя модели D служат четыре направляющих штанги М во встряхивающем столе. Штанги G в нижнем положении погружаются в масляную ванну, равно как и направляющие М, чтобы обеспечить хорошую смазку и спокойное падение рамы Е, для чего движением ножного рычага вправо поворачивают собачку С. На раме Е можно укрепить протяжную плиту, на которую уже ставят опоку так, чтобы при высокой с крутыми стенками модели работать по способу протягивания. В обоих случаях вибратор на раме D помогает выниманию модели. На фиг. 12 представлена одна из многих конструкций пескомета - новейшей формовочной машины, производящей одновременно и наполнение опоки формовочной землей и уплотнение последней действием центробежной силы.

Формовочный материал посредством элеватора передается на встряхивающийся желоб, затем на ленту, которая передает его в головку пескомета; здесь земля подхватывается быстро вращающимся ковшом рабочей головки, который отсекает порцию земли из общего количества и с огромной скоростью (12-18 м/сек) направляет землю в опоку, где и происходит уплотнение ее. Главное преимущество пескомета по сравнению с др. типами формовочных машин заключается в том, что он не связан с определенной величиною опоки, как это имеет место в других формовочных машинах, и потому только пескомет разрешает задачу механизации работ по наполнению опок формовочным материалом и по уплотнению последнего в литейных, где преобладает работа индивидуального характера. Кроме того, пескомет обладает чрезвычайно большой производительностью.

Внутренние очертания детали, пустоты и т. п. получаются посредством стержней или шишек, которые готовятся отдельно от форм в т. н. стержневых ящиках. Т. к. в процессе заливки шишки в большинстве случаев бывают окружены расплавленным металлом, то вопрос правильной вентиляции их приобретает исключительно важное значение: газопроницаемость шишек д. б. значительно выше, нежели газопроницаемость самой формы. На фиг. 13 дан чертеж стержня (половинка стержневого ящика).

Чтобы увеличить газопроницаемость стержня, внутри его закладывают восковой шнур (восковица ), воск которого при сушке вытопится, оставив т. о. свободный проход для газа. Чтобы увеличить сопротивление стержня действию столба расплавленного металла, стержень снабжают особым металлическим каркасом. Для производства таких ответственных и сложных отливок, как например, автоблоки, радиаторы и т. п., применяются т. н. масляные стержни , которые готовятся в большинстве случаев из чистого кварцевого песка с прибавлением для связки различных вяжущих веществ; из них наилучшим следует признать льняное масло, но применяются также бобовое, маисовое масло, патока, декстрин, глютен и пр. При помощи шишек можно получать не только внутреннее, но и внешнее очертание детали (безопочная формовка ). Многие заводы в Америке применяют этот метод, опуская все формовочные работы и заменяя их стержневыми работами, которые не требуют особо квалифицированного труда.

Изготовленные формы припыливают мелкоистолченным углем или графитом, или же красят специально изготовленной массой (белюга или краска ), представляющей собой очень жидкую смесь огнеупорной глины, муки и клея; при отделке форм для чугунного литья в такую массу добавляют мелкий графит или кокс. Наглаживание поверхности формы гладилкой запрещается. После отделки форма или ставится в сушило (чаще) и собирается для заливки или же (реже) поступает в заливку в сыром виде - отливка в сырое . Сушка форм для разных металлов производится при разной температуре: для стали 500-600°С, для чугуна 200-300°С, для цветных металлов 150-250°С. Постоянные и долговременные формы всегда слегка нагревают перед отливкой (до 75-100°С), в дальнейшем для следующих отливок, наоборот, их остуживают, чтобы температура их была не выше 75-100°С. Особую заботу следует уделять вопросу сушки стержней, для чего с успехом применяются сушила непрерывного действия, позволяющие регулировать температуру сушки в строго намеченных пределах с колебанием ±5°С. Т. к. сырая форма податливее, чем сухая, то часто многие отливки, не удающиеся в сухую, удачно выходят в сырое. Однако сырая форма требует особого внимания к составу формовочной массы (нужна большая пористость для удаления не только газов, выделяющихся из металла, но и паров воды) и надлежащему уплотнению формы. Не переуплотнить («назвонить») и не слишком рыхло набить формовочную массу (иначе жидкий металл размоет стенки формы) - задача, которую может разрешить только очень опытный работник.

Плавка металла . Литейные материалы должны обладать следующими свойствами: а) жидкотекучестью, т. е. способностью расплавленного металла заполнять форму; б) минимальной усадкой, т. е. способностью отливки сохранять свою форму; в) наименьшей склонностью к ликвации ; г) возможно низкой точкой плавления. Почти все промышленные металлы (за исключением алюминия) в чистом виде не удовлетворяют этим условиям: так, железо имеет очень высокую температуру плавления и обладает незначительной жидкотекучестью и большой усадкой; медь, хотя и имеет не слишком высокую температуру плавления, но вследствие ее чрезмерно большой склонности растворять газы получение плотных беспузыристых отливок представляет большие затруднения и требует специальных условий для избежания брака отливок. Примеси других металлов и металлоидов к основному металлу (железо, медь и пр.) в значительной степени улучшают литейные качества в смысле понижения температуры плавления, уменьшения коэффициента усадки и т. д. Примесь углерода к железу в количестве 1,7% и выше понижает температуру плавления железа с 1528°С до 1135°С, коэффициент усадки - с 2% до 1%; примесь цинка или олова к меди и алюминию значительно улучшает их литейные качества. Наилучшими литейными качествами обладают сплавы алюминий-медь, алюминий-кремний. Сталь для отливок применяется двух типов: с содержанием С от 0,15 до 0,18% (временное сопротивление на разрыв 36 кг/мм 2) и от 0,30 до 0,35% (54 кг/мм 2); Мn< 0,6-0,8%, Si < 0,20%; S и Р обыкновенно менее 0,05%. Этот состав обеспечивает плотность отливки. Специальные стали для литья применяются редко. В табл. 1 приводятся наиболее употребительные литейные сплавы алюминия.

Чтобы получить отливку требуемых качеств при наименьшей стоимости ее, необходимо знать, в каких условиях будет работать отливка, какие качества потребуются от нее и какие изменения произойдут в металле при переплавке его. На основании этого составляется расчет шихты. В шихту входят кроме исходных литейных материалов также и отходы литейного цеха (литники, выпора, забракованные отливки, выплески из литейных ковшей и т. п.) и лом металлический.

Ниже приводится пример численного расчета шихты (по Мольденке) кислотоупорного серого чугуна (табл. 2).

Требуется рассчитать шихту следующего состава: 3,25% С, 1,53% Si, 1,25% М n, 0,20% Р, 0,05% S. Для расчета принимаются определенные величины угара элементов при плавке в вагранке. Задача состоит в определении относительных количеств, в которых надо смешать чугуны групп I, II и III, чтобы получить смесь состава (в %): 1,82 Si, 1,91 М n, 0,1 Р, 0,016 S.

Для этого на осях М n-Si (фиг. 14) откладываем соответственные содержания Si и М n; соединив точки, соответствующие трем чугунам (строки литейные 4, 5 и 6), видим, что точка среднего состава требуемой смеси находится внутри треугольника I-II- III, что указывает на возможность составления требуемой смеси из данных 3 сортов чугуна. Вершины треугольника I-II-III соединим с точкой О и продолжим прямые IO, IIО и IIIO до пересечения с противоположными сторонами треугольника в точках а, b и с.

Затем берем произвольную прямую О 2 О 1 , (фиг. 15), разделенную на 100 равных частей (100%), и в концах этой прямой проводим под произвольным углом прямые 0 2 К и 0 1 L, параллельные друг другу. От точки О 1 , откладываем отрезки O 1 l, O 1 l I, O 1 III, равные OI, OII, О III. Точно так же от точки О 2 откладываем прямые О 2 а, О 2 b и О 2 с, соответственно равные Оа, О b и Ос. Соединив точки а с I, b с II и с с III, мы сразу прочтем на прямой О 2 О 1 , что чугуна I надо взять 34%, чугуна II - 51% и чугуна III - 15%. Следовательно, каждые 150 кг шихты будут состоять из 34 кг чугуна I, 51 кг чугуна II, 15 кг чугуна III; 30 кг своего лома и 20 кг лома покупного.

Для расплавления различных металлов служат разнообразнейшие по конструкции печи: для расплавления стали - мартеновские печи (кислые и основные), малые бессемеры (например, Тропенаса, Робера); чугуна - вагранки, отражательные печи и тигельные установки; для алюминия, меди и их сплавов - различные конструкции тигельных, пламенных и электрических печей. Процесс плавления в вагранке является самым экономичным и потому наиболее распространенным; применение тиглей ограничено дороговизной процесса и крайним неудобством производства отливки (например, стального фасонного литья) из тиглей. Пламенные печи при цветном литье неудобны тем, что окислительное действие пламени портит качество металла, а выделяющиеся в помещении окислы металлов вредно действуют на здоровье работающих; кроме того, требуется, чтобы температура разлива цветных металлов была в очень узких, заранее назначенных пределах (например, для алюминия 700±20°С). За последнее время широкое распространение получили электропечи различных систем для плавки гл. обр. стали и цветных металлов. Главное преимущество электрических печей - их индифферентность к химическим реакциям, имеющим место во время плавки, и, как результат этого, более чистый металл; затем возможность регулировать в очень широких пределах степень перегрева металла, меньший угар его и т. п. Для расплавления чугуна применение электроэнергии обходится значительно дороже плавки в вагранках, а потому встречается сравнительно редко и то лишь в виде комбинированного процесса: вагранка-электропечь или вагранка-бессемер-электропечь, в соответствии со специальными требованиями, предъявляемыми производством. При плавке цветных металлов в электропечах снижается угар: например, угар латуни в тиглях выражается 4-6%, в электропечах 0,5-1,5%. В табл. 3 приведены сравнительные данные стоимости плавки 1 т латуни в тиглях и электропечах системы «Ajax».

Техника литья . Подводка расплавленного металла к форме составляет одну из важнейших операций в литейном производстве; металл, прекрасно составленный (по анализу), расплавленный и раскисленный согласно всем лучшим предписаниям, м. б. испорчен неумелым подводом его в форму. В первую очередь необходимо позаботиться о том, чтобы струя металла, идущая в форму, была непрерывной и заполняла каналы, подводящие металл к форме, целиком. Для этого необходимо правильно рассчитать взаимное отношение поперечных сечений литника, шлакоуловителя и питателей (фиг. 16); так, при диаметре литника, равном 20 мм, площадь поперечного сечения литника = 315 мм 2 , площадь шлакоуловителя следует брать меньшей, а именно 255 мм 2 , и сумма площадей питателей не должна превосходить 170 мм 2 .

На фиг. 17-22 приведены примеры правильных и ошибочных установок литников, шлакоуловителей и питателей.

Фиг. 17, 18 и 19 дают примеры правильной установки, фиг. 20 - неправильной установки потому, что сечение литника слишком мало и при литье металл не будет заполнять целиком шлакоуловитель, вследствие чего шлак попадет в форму и испортит отливку. На фиг. 21 показана неправильная установка: литник поставлен прямо над питателем, шлак непосредственно попадает в форму. На фиг. 22 литник смещен и поставлен прямо над питателем, шлак попадает в форму. В стальные отливки для избежания усадочных раковин ставятся две прибыли. Прибыли в стальных отливках занимают около 25-30% веса отливки. Стальные мелкие отливки, чугунные (за исключением очень ответственных) и цветное литье отливаются без прибылей. Заливка форм требует известного навыка. Металл нельзя лить в литник с перерывами струи. В некоторых случаях, когда требуется большой напор, стараются направить струю стали из ковша прямо в литник, создавая т. о. удар стали. Заливка стали считается законченной, когда металл показался в прибыли. В этот момент предпочитают в крупных отливках добавлять металл в прибыли, а не через литник. Т. о. создается горячая прибыль, питающая отливку (при сокращении объема застывающего металла) сверху, но не снизу (что вредно). Готовый металл рекомендуется перед выпуском раскислять силикошпигелем. Эта присадка делает металл более спокойным, и он хорошо разливается. В наиболее толстых частях отливок образуются усадочные раковины. Распространенный взгляд, что наличие усадочных пузырей в отливках уменьшает прочность металла, не всегда правилен: пузырь, заключенный в металле, представляет собой сферу (подобно своду) с правильно расположенными кристаллами и оказывает значительное сопротивление разрушению, особенно раздавливанию. Вытяжка ковкой этого пузыря образует складку, наличие которой уже безусловно ослабляет металл. Для избежания образования усадочных пузырей применяется центробежная отливка и отливка под давлением.

Центробежная отливка состоит в том, что расплавленный металл вводится в быстро вращающуюся металлическую форму, где под действием центробежной силы он прилипает к внешней поверхности вращающейся формы. Т. о. можно готовить разнообразные тела вращения. Схема работ центробежной литейной машины дана на фиг. 23.

Формой служит цилиндр А. Посредством рукоятки С форма А м. б. передвинута назад (на чертеж - направо). Находящийся на конце шпинделя поршень с охлаждающей ребристой поверхностью F образует заднюю стенку формы. В начале отливки форма А прижимается совершенно плотно к корпусу В, после этого наполненный расплавленным металлом ковш В вкатывают внутрь формы Д, которую одновременно с этим приводят во вращение. Поворачивая маховичок Е, выливают расплавленный металл в форму. Как только металл затвердеет, форму А подвигают вправо на поршень, который выдавливает отливку. Особо широкое распространение получил способ центробежной отливки при изготовлении чугунных труб. Материал, из которого готовятся формы для центробежных отливок, д. б, выбран особенно тщательно в зависимости от условий работы центробежной литейной машины. Для форм с высоткой степенью нагрева чугун, вследствие его склонности к росту (увеличение объема при повторных нагреваниях), применять не рекомендуется; применение стали дает лучшие результаты. Формы без футеровки, работающие с подогревом или охлаждаемые водой, могут готовиться из стали, но продолжительность службы их невелика. Поэтому предпочтительнее делать формы из нихрома (60% Ni и 40% Сг) или же из Becket-металла, а также из сплава следующего состава: 80% Ni и 20% Сг. Этот сплав выдерживает длительные и повторные температурные нагрузки свыше 1370°С. Существенным является требование, чтобы стальные формы не имели раковин ближе 3 мм от внутренней поверхности формы, и чтобы эта поверхность была совершенно гладкая; толщина стенок выбирается так, чтобы при отливках форма не нагревалась свыше критической точки данного металла.

При литье под давлением расплавленный металл вводится под высоким давлением в металлическую форму, в результате чего получаются детали, настолько точно соответствующие заданным размерам, что они не нуждаются в дальнейшей механической обработке. Это представляет особенно значительные выгоды при массовом производстве мелких и требующих большой точности деталей (например, части счетчиков, мелкие машинные части). Наиболее важными промышленными сплавами для отливок под давлением являются сплавы цинка, алюминия и отчасти меди. В табл. 4 приведены характеристики различных сплавов, применяемых для отливок под давлением.

Машины, применяемые для отливок под давлением, делятся на две основных группы. 1) Для сплавов с невысокой точкой плавления применяются поршневые машины (фиг. 24).

В жидкой металлической ванне находится насос, приводимый в движение от рычага или сжатым воздухом. При опускании поршня вниз металл через сопло вдавливается в форму. Поршневые машины для сплавов с более высокой точкой плавления (алюминиевые и пр.) оказались непригодными: металл затвердевает между поршнем и стенками цилиндра, что вызывает частую чистку и резкое повышение накладных расходов. 2) Для тугоплавких сплавов поэтому применяются машины (фиг. 25 и 26), снабженные специальным черпаком (гуснек), который при помощи особого приспособления каждый раз захватывает строго необходимую порцию металла; металл подвергается действию сжатого воздуха лишь в этом черпаке на сравнительно небольшой поверхности, чем избегается излишнее окисление металла.

Выбивка отливок . Скорейшее освобождение залитого изделия из форм имеет существенное влияние на целость его. Следует иметь в виду и то обстоятельство, что горячую отливку легко деформировать неловким ударом при освобождении из формы. Особенно важно скорейшее освобождение центральных шишек у отливок. Для этой цели, когда изготовляются шишки, часть каркаса, которая является скелетом шишки, выводят через «знак» так, чтобы после заливки кувалдой по этой выступающей части легко можно было выбить шишку и тем самым дать возможность отливке свободно сокращаться в процессе дальнейшего ее остывания.

Операция выбивки опок в современных литейных полностью механизирована. Наиболее простое приспособление для этой цели состоит в том, что подвешенный к пневматическому подъемнику вибратор посредством специального приспособления м. б. присоединен к опоке, которая одновременно с этим немного приподнимается; после этого вибратор приводится в действие, и через несколько секунд опока опоражнивается. При другом способе выбивки опоки кладутся на решетку, которая при помощи кулачков приводится в колебательное движение; земля из опок проваливается сквозь решетку. Чтобы горячая земля не падала на отводящий землю ленточный конвейер слишком большими массами, под решеткой установлены два питательные валика, которые равномерно подают ее на конвейер. Выбивка стержней производится или вручную, или посредством водяной струи высокого давления, или же на специально сконструированных пневматических вибраторных машинах (фиг. 27) системы Stoney.

Отливки с тележки устанавливаются в специальных держателях машины при помощи воздушного подъемника, расположенного у каждой машины. Затем приводится в действие вибратор, и стержни выбиваются в продолжение 3-6 сек.

Очистка литья . Вынутая из формы отливка имеет ряд приливов (литники, выпора и прибыли), ненужных по чертежу изделия, но необходимых при производстве. Приставшую к отливке землю, литники и выпора удаляют обрубкой, а прибыли - отрезкой. Очищенное литье с прибылями называется черным , а без прибылей - обрезанным , или чистым. Чугунное литье б. ч. оставляют без обрезки. Очистка литья в некоторых случаях встречает затруднения, например, при взрывах металла получается «засор» в отливке, если сорванную массу не вынесло в прибыль или выпор; при неправильной постановке литника обрубщик может выломать литник с делом отливки; в таком случае отливку с литником лучше направить на обрезку; при удалении глубоких шишек очень трудно выбрать тонкую шишку из длинной трубы; в этом случае сдвиг каркаса во время застывания металла может не только помочь сохранить целость отливки, но и облегчить выбивку. Очистка внешней поверхности отливок от пригоревшей земли производится в современных литейных во вращающихся барабанах или же струей песка в пескоструйных аппаратах и камерах. Первый способ преимущественно распространен в Америке, второй - в Европе. Недостатком способа очистки литья в обыкновенных барабанах является большая затрата труда и времени на ручную загрузку и выгрузку его. Значительное упрощение получается в случае применения вместо обыкновенных барабанов - барабанов непрерывного действия (фиг. 28).

Барабан имеет внутреннюю и внешнюю полости. Отливки поступают во внутреннюю полость вращающегося барабана с правой стороны. Туда же из внешней полости сквозь особые прорезы поступают закаленные чугунные звездочки. При медленном движении по направлению к противоположному концу барабана литье успевает очиститься. Не доходя до конца барабана, чугунные звездочки проваливаются сквозь небольшие прорезы из внутренней во внешнюю полость барабана, откуда они посредством спиральных направляющих передаются к головной части барабана. Отливки более сложные, при очистке которых в барабанах можно было бы опасаться большого % брака из-за боя и которые подвергаются значительной механической обработке, очищаются в пескоструйных камерах непрерывного действия. Очень успешным оказался способ гидравлической очистки литья, впервые с успехом примененный на заводе Allis Chalmers Со. (Миллвоки): время очистки сократилось с нескольких часов до нескольких минут. Устройство используется для очистки турбинных колес, цилиндров газометров и им подобных тяжелых отливок. Очистка отливок производится в закрытой бетонной камере (фиг. 29), расположенной посредине литейной.

Внутренние размеры камеры 10370x18725x6100 мм. Толщина бетонных стен 305 мм. Чтобы защитить стены от размывающего действия воды, их покрывают стальными плитами. Внутри камеры устроены два поворотных круга диаметром 3050 мм (поднимает 100 т) и 6100 мм (300 т). Оба круга вращаются на шариковых опорах и приводятся во вращение моторами в 25 и 35 HP. Помещение для обслуживания расположено в одном из углов камеры. Установлено 2 аппарата с тремя соплами, расположенными на равной высоте. Сопла м. б. поставлены на любой высоте. Сопло для большего стола имеет диаметр 27 мм, для меньшего - 16 мм. Насос производительностью в 3500 л/мин приводится в действие мотором в 300 HP. При двух одновременно действующих соплах давление воды равно 28 atm. Получающаяся от очистки грязь отстаивается в двух лежащих под полом приемниках, из которых ее непрерывно удаляют при помощи элеватора. Землю отделяют от воды, доводят до 7% влажности и пускают опять в производство. Преимуществом этого способа очистки является дешевизна, полное отсутствие пыли, а также и то, что каркасы стержней не портятся и могут снова идти в дело.

Термическая обработка . После очистки литье подвергается иногда термической обработке. Стальное литье и ковкий чугун обязательно отжигаются. Относительно чугуна в настоящее время доказано, что он м. б. подвергнут термической обработке аналогично стали, причем структура чугуна феррито-графито-цементитная переходит в структуру перлито-графитную с повышением механических качеств (удлинение до 8%, временное сопротивление на разрыв до 40-45 кг/мм 2). Особенно облегчает термическую обработку отливка чугуна в постоянные формы. Бронзовое литье также во многих случаях м. б. улучшено посредством термической обработки. Алюминиевое литье всегда закаливается при 500±10°С и отпускается при 140 ±10°С.

Основные принципы проектирования литейных цехов . Проектируя новую литейную, прежде всего приходится считаться с расположением основных металлообрабатывающих цехов и выбирать место для литейной с таким расчетом, чтобы иметь возможность наиболее просто и дешево доставлять литье в обрабатывающие цехи. Программа работ литейной д.б. определена с возможно более точными подробностями как в количественном и весовом, так и в габаритном отношениях, что даст возможность выбрать наиболее подходящее для данного случая оборудование и наиболее целесообразный технологический процесс. Схема расчета литейной сводится в этом случае к следующему. Имея точную программу работ, составляют альбом формовок, который даст и основные принципы организации отдельных операций технологического процесса и количество потребных для производства опок и типы их, а также и необходимое количество формовочных материалов, а следовательно и мощность земледельного устройства. Получив так. обр. ориентировочные данные о расходе исходных материалов, о размере необходимых площадей, приступают к уточнению отдельных операций производственного процесса, возможной механизации его в целом или в отдельных частях. Различные варианты подсчетов взаимного расположения отдельных цехов литейной дадут возможность наиболее целесообразно разрешить вопрос организации заданного производственного процесса. Если же программа не м. б. определена с б. или м. приемлемой точностью, тогда приходится вести расчет основных и вспомогательных цехов литейной по так называемым коэффициентам. На фиг. 30 приведены обычные типы зданий литейных;

фиг. А - литейная серого чугуна для индивидуального литья; Б - литейная ковкого чугуна с установкой пламенных печей; В - фасонно-сталелитейная с отделением мартеновских печей; Г - фасонно-сталелитейная с конвертерами; Д - сталелитейная с электропечами.

Профессиональные вредности и техника безопасности . Все производственные процессы, протекающие в литейных цехах, связаны е возникновением тех или иных профессиональных вредностей. Так, при подготовке и обработке формовочных материалов, выбивке, обрубке и чистке отливок образуется огромное количество пыли (от 20 до 180 мг/м 3). Для борьбы с загрязнением воздуха пылью должна быть установлена надлежащая вентиляция; особо благоприятным в этом отношении является применение гидравлического способа очистки отливок. При формовочных работах, в тех случаях, когда формовка производится на полу литейной, рабочие вынуждены держать свое тело в согнутом, часто в весьма неестественном положении, что может вести к искривлениям костей скелета. Эти вредности устраняются при производстве работ на формовочных станках. Низкая температура в литейных в зимнее время (часто ниже 0°С), большая сырость, всегда холодный и нередко промерзший земляной пол вызывают у формовщиков частые простудные заболевания, в особенности ревматизм. При обслуживании плавильных аппаратов рабочие подвергаются вредному влиянию резких колебаний температуры. При литье из расплавленных металлов выделяются вредные газы. Из последних наибольшее значение имеют следующие: окись углерода, сернистый газ и окись цинка. Концентрация СО в воздухе литейных колеблется в среднем в пределах 0,03-0,05 мг/л, достигая в отдельные моменты литья над самыми опоками до 0,21-0,32 мг/л. (Институтом охраны труда установлена норма в 0,02 мг/л.) Количество сернистого газа (SO 2) в воздухе литейных, в зависимости от сорта применяемого металла и кокса, достигает 0,045-0,15 мг/л (норма 0,02-0,04 мг/л). Вдыхание паров окиси цинка в меднолитейных вызывает у рабочих приступы литейной лихорадки. При ручной завалке шихты в плавильные аппараты, при разливке металла по опокам вручную наблюдается чрезвычайно большое мышечное напряжение, что в связи с высокой температурой работ вызывает сильно изнуряющее потоотделение. Эти вредности устраняются применением конвейеров, механизации загрузки печей и транспорта, а также пневматической выбивки опок.

Наибольшее число несчастных случаев в чугунно- и меднолитейном производствах происходит от ожогов расплавленным и раскаленным металлом во время ручной разноски или развозки его. Особо серьезные последствия влечет соприкосновение расплавленного металла или шлака с влагой (взрывы). Для устранения этих явлений необходимо иметь ровные дорожки из кирпича, бетона, железобетона и т. п. в местах, не занятых формованием, причем главный проход д. б. не уже 2 м; д. б. правильно организован поток людей с пустыми ковшами и с расплавленным металлом; места отливок и выливания шлака должны быть сухи; ковши д. б. хорошо высушены и прогреты; кожухи ковшей должны иметь небольшие отверстия для удаления паров из обмазки и т. д. Рабочие, имеющие дело с расплавленным металлом, д. б. снабжены надлежащей спецодеждой, очками, респираторами и т. п., причем рубаха не должна заправляться в штаны и штаны в сапоги, а поля шляпы д. б. отогнуты вниз. Ручная формовка сопровождается большим количеством наколов о железные шпильки, имеющиеся в старой формовочной земле. Средством борьбы является пропускание земли через магнитный сепаратор. При переноске ковшей с расплавленным металлом центр тяжести их во избежание опрокидывания должен быть ниже оси вращения (до 50 мм). Все цепи, канаты и коромысла должны не реже одного раза в 2 месяца проверяться на полную нагрузку и не реже одного раза в 2 недели тщательно осматриваться. Все машины должны быть снабжены надежными ограждениями опасных мест.

Для регулирования в законодательном порядке условий труда в литейных Наркомтрудом издан ряд обязательных постановлений. Сюда прежде всего относятся «Правила безопасности работ в чугунно- и меднолитейном производстве»; постановления об ограничении применения труда женщин и подростков при наиболее вредных и опасных работах в литейных; постановления о сокращенном рабочем дне и дополнительном отпуске для некоторых категорий рабочих (меднолитейщиков, пескоструйщиков и др.).

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»

Литейное производство I Лите́йное произво́дство

одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки (См. Отливка), получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из которых около 25% приходится на СССР (1972). Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность - 20%, производство санитарно-технического оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Л. п. поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы - от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Историческая справка. Производство литых изделий известно с глубокой древности (2-1-е тысячелетия до н. э.): в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13-14 вв. Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В русском государстве в 14-15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на Урале). В 1479 построена в Москве «пушечная изба» - первый литейный завод. В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах. В 1586 А. Чохов отлил «Царь-пушку» (См. Царь-пушка) (около 40 т). При Петре I изготовление отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере государства. В 17 в. чугунные отливки экспортировались за границу. В России созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 «Царь-колокол » (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I «Медный всадник» (22 т ) Э. Фальконе , в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге П. К. Клодт ом и др. Одна из самых крупных отливок в мире - шабот (нижняя часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т ) изготовлена в 1873 на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых русских заводов - Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки научного обоснования некоторых процессов литья сделали в своих работах Р. Реомюр , М. В. Ломоносов и др. учёные. Однако до 19 в. при литье использовали ранее накопленный многовековой опыт мастеров. Лишь в начале 19 в. были заложены теоретические основы литейной технологии, были применены научные методы в решении конкретных производственных задач. Труды Д. Бернулли , Л. Эйлер а, М. В. Ломоносова послужили прочной базой для разработки и совершенствования литейной технологии. В работах русских учёных П. П. Аносов а, Н. В. Калакуцкого и А. С. Лаврова были впервые научно объяснены процессы кристаллизации (См. Кристаллизация), возникновения ликвации (См. Ликвация) и внутренних напряжений в отливках, намечены пути к повышению качества отливок. В 1868 Д. К. Чернов открыл критические точки (См. Критическая точка) металлов. Его труды продолжили А. А. Байков , А. М. Бочвар , В. Е. Грум-Гржимайло , позднее Н. С. Курнаков и др. русские учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д. И. Менделеев а.

В годы Советской власти Л. п. развивалось ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено производство отливок из алюминиевых сплавов, в 1929 - из магниевых; с 1926 производилась реконструкция существовавших литейных цехов и строительство новых. Строились и вводились в эксплуатацию литейные цехи с высокой степенью механизации, с выпуском отливок до 100 тыс. т и более в год. Одновременно с перевооружением и механизацией Л. п. в СССР проводилось внедрение новой техники, создавались основы теории рабочих процессов и методы расчётов литейного оборудования. В 20-е гг. начала формироваться советская научная школа, основателями которой являются Н. П. Аксенов, Н. Н. Рубцов, Л. И. Фанталов, Ю. А. Нехендзи и др.

Технология литейного производства. Процесс Л. п. многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм - на обычное литьё, Литьё центробежное , Литьё под давлением ; по способу изготовления литейных форм - на литьё в разовые формы (служащие лишь для получения одной отливки), литьё в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называется полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, так называемые постоянные металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тыс. заливок (см. Литьё в кокиль). При производстве заготовок литьём используют разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют с помощью модельного комплекта (См. Модельный комплект) и опоки (См. Опока) (рис. 1 ). Модельный комплект состоит из собственно литейной модели (См. Литейная модель), предназначенной для получения в литейной форме полости будущей отливки, и стержневого ящика для получения литейных стержней, оформляющих внутренние или сложные наружные части отливок. Модели укрепляют на модельных плитах, на которых устанавливают опоки, заполняемые формовочной смесью. Заформованную нижнюю опоку снимают с модельной плиты, переворачивают на 180° и в полость формы вставляют стержень. Затем собирают (спаривают) верхнюю и нижнюю опоки, скрепляют их и заливают жидкий сплав. После затвердевания и охлаждения отливку вместе с литниковой системой (См. Литниковая система) извлекают (выбивают) из опоки, отделяют литниковую систему и очищают отливку - получается литая заготовка.

Наиболее распространено в промышленности производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ применяется для изготовления из различных сплавов заготовок любых размеров и конфигурации. Технологический процесс литья в песчаные формы (рис. 2 ) складывается из ряда последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, охлаждение металла и выбивка готовой отливки, очистка отливки, термообработка и отделка.

Материалы, применяемые для изготовления разовых литейных форм и стержней, делятся на исходные Формовочные материалы и формовочные смеси; их масса равна в среднем 5-6 т на 1 т годных отливок в год. При изготовлении формовочной смеси используют отработанную формовочную смесь, выбитую из опок, свежие песчано-глинистые или бентонитовые материалы, добавки, улучшающие свойства смеси, и воду. В стержневую смесь (См. Стержневые смеси) обычно входят кварцевый песок, связующие материалы (масло, смола и др.) и добавки. Приготовление смеси производят в определённой последовательности на смесеприготовительном оборудовании (См. Смесеприготовительное оборудование); ситах, сушилах, дробилках, мельницах, магнитных сепараторах, смесителях и т. п.

Формы и стержни изготовляют на специальном формовочном оборудовании (См. Формовочное оборудование) и станках. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или совместно тем и др. способом. Крупные формы заполняют с помощью Пескомёт ов, реже для изготовления форм используют пескодувные и пескострельные машины. Формы в опоках, заформованные в стержневых ящиках стержни подвергаются тепловой сушке или химическому твердению, например при литье в самотвердеющие формы (См. Литьё в самотвердеющие формы). Тепловую сушку осуществляют в литейных сушилах, а сушку стержней производят также в нагретом стержневом ящике. Сборка форм состоит из следующих операций: установка стержней, соединение половин форм, закрепление форм скобами или грузами, устанавливаемыми на верхнюю форму и предотвращающими их раскрытие при заливке сплавом. Иногда на форму устанавливают литниковую чашу, изготовленную из стержневой или формовочной смеси.

Плавят металл в зависимости от вида сплава в печах различного типа и производительности (см. Плавильное оборудование). Наиболее часто литейный чугун выплавляют в Вагранка х, применяют также электрические плавильные печи (тигельные, электродуговые, индукционные, канального типа и др.). Получение некоторых сплавов из чёрных металлов, например белого чугуна, ведут последовательно в двух печах, например в вагранке и электропечи (т. н. дуплекс-процесс). Заливку форм (См. Заливка форм) сплавом осуществляют из заливочных ковшей, в которые периодически поступает сплав из плавильного агрегата. Затвердевшие отливки обычно выбивают на вибрационных решётках (См. Вибрационная решётка) или коромыслах. При этом смесь просыпается через решётку и поступает в смесеприготовительное отделение на переработку, а отливки - в очистное отделение. При очистке отливок с них удаляют пригоревшую смесь, отбивают (отрезают) элементы литниковой системы и зачищают заливы сплава и остатки литников. Эти операции проводят в галтовочных барабанах, дробеструйных и дробемётных установках. Крупные отливки очищают гидравлическим способом в специальных камерах. Обрубку и зачистку отливки осуществляют пневматическими зубилами и абразивным инструментом. Отливки из цветных металлов обрабатывают на металлорежущих станках.

Для получения необходимых механических свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают термической обработке (См. Термическая обработка). После контроля качества литья и исправления дефектов отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Механизация и автоматизация литейного производства. Большинство технологических операций в Л. п. очень трудоёмко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоёмкости и создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций. Внедрение механизации в Л. п. относится к середине 20 в. Тогда для приготовления формовочных материалов начали использовать бегуны, сита, рыхлители, а для очистки отливок - пескоструйные аппараты. Были созданы простейшие формовочные машины с ручной набивкой форм, позднее стали применять гидравлические прессы. В 20-х гг. появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. На каждой технологической операции стремились заменить ручной труд машинным: совершенствовались оборудование для изготовления форм и стержней, устройства для выбивки и очистки отливок, механизировалась транспортировка материалов и готовых отливок, были внедрены конвейеры, разработаны методы поточного производства. Дальнейший рост механизации Л. п. выражается в создании новых усовершенствованных машин, литейных автоматов и автоматических литейных линий, в организации комплексно-автоматизированных участков и цехов. Наиболее трудоёмкие операции при производстве отливок - формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках литейных цехов в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы технологические операции. Особенно эффективно внедрение в Л. п. комплексной механизации и автоматизации. Перспективными являются автоматические линии формовки, сборки и заливки форм сплавом с охлаждением отливок и их выбивкой. Например, на линии системы Бюрер - Фишер (Швейцария) (рис. 3 ) изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы. Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущемся конвейере (рис. 4 ). Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоёмкость определённой формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляются автоматическим устройством (системы «Молдабилити-контроллер», Швейцария).

Для финишных операций (очистки и зачистки отливок) применяют проходные барабаны непрерывного действия с дробемётными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного действия, вдоль которых отливки передвигаются на замкнутом транспортёре. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости. Например, фирмой «Омко-Нангборн» (США - Япония) разработана камера типа «Робот». Каждая такая камера представляет собой независимый механизм для транспортировки отливок, который работает автоматически, выполняя команды, поступающие от так называемых модулей управления, расставленных на монорельсовой транспортной системе. В зоне очистки по заранее заданной программе с оптимальной скоростью вращается подвеска, на которую автоматически навешивается отливка. Двери камеры открываются и закрываются автоматически.

При массовом производстве предварительная (черновая) зачистка отливок (обдирка) осуществляется в литейных цехах. Во время этой операции также подготавливаются базы для механической обработки отливок на автоматических линиях в механических цехах. Заключительные операции могут производиться и на автоматических линиях. На рис. 5 показана автоматическая линия японской фирмы «Норитакэ» для зачистки блоков цилиндров автомобиля. Такая линия позволяет обработать 120 блоков за 1 ч.

Возможности механизации и автоматизации Л. п. особенно возросли после разработки принципиально новых технологических процессов литья, например изготовление оболочковых форм, или Кронинг-процесс (40-е гг., ФРГ), изготовление стержней отверждением в холодных стержневых ящиках (50-е гг., Великобритания), изготовление стержней с отверждением их в горячих стержневых ящиках (60-е гг., Франция). Еще в 40-е гг. в промышленности начали применять метод изготовления отливок высокой точности по выплавляемым моделям. За относительно короткий срок все технологические операции процесса были механизированы. В СССР создано комплексно-автоматизированное производство литья по выплавляемым моделям с выпуском 2500 т мелких отливок в год (рис. 6 ).

Лит.: Нехендзи Ю. А., Стальное литье, М., 1948; Гиршович Н. Г., Чугунное литье, Л. - М., 1949; Фанталов Л. И., Основы проектирования литейных цехов, М., 1953; Рубцов Н. Н., Специальные виды литья, М., 1955; его же, История литейного производства в СССР, 2 изд., ч. 1, М., 1962; Аксенов П. Н., Технология литейного производства, М., 1957; его же, Оборудование литейных цехов, М., 1968.

Д. П. Иванов, В. Н. Иванов.

Рис. 3. Автоматическая линия системы Бюрер - Фишер (Швейцария) для изготовления форм, заливки их сплавом и выбивки готовых отливок.

Рис. 6. Комплексно-автоматизированный цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 2500 т отливок в год.

II Лите́йное произво́дство («Лите́йное произво́дство»)

ежемесячный научно-технический и производственный журнал, орган министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР и Научно-технического общества машиностроительной промышленности. В 1930-41 выходил под названием «Литейное дело»; с 1941 по ноябрь 1949 не издавался; в дальнейшем выходит под названием «Л. п.». Освещает вопросы теории и практики литейного производства, пропагандирует передовой опыт советских предприятий в области получения высококачественных литейных сплавов, высокопроизводительных технологических процессов производства отливок, комплексной механизации, автоматизации, организации и экономики литейного производства, знакомит с достижениями зарубежного литейного производства. Тираж (1973) 14 тыс. экз. Печатается (полный перевод) в Великобритании под названием «Russian Casting Production» (Birmingham, с 1961).

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Смотреть что такое "Литейное производство" в других словарях:

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО - характеризуется рядом прсф. вредностей и опасностей, требующих специальных прсфилактических мероприятий. В основе процессов литья лежит свойство металлов изменять свое физ. состояние под влиянием той или иной высокой t°. Работа в литейных… … Большая медицинская энциклопедия

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО - отрасль машиностроения, производящая металлические изделия путём заливки расплавленного металла в литейную (см.) и получения (см.). Отливка может быть законченным изделием или (см.), которую подвергают в дальнейшем механической обработке … Большая политехническая энциклопедия

Картина Педера Северина Крёйера, изображающая литейное производство Литейное производство о … Википедия

литейное производство - [(steel) casting; (iron) foundry (founding)] производство отливок с использованием литейных форм заливкой и затвердеванием в них металла. Получение литых металлических изделий известно с глубокой древности (2 1 е тысячелетие до н.э.); в Китае,… … Энциклопедический словарь по металлургии

I Литейное производство одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки (См. Отливка), получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из… … Большая советская энциклопедия

Все металлы, способные плавиться, как, напр., золото, серебро, олово, свинец, цинк и т. п., могут быть употребляемы для отливок. Но главнейшим материалом для этого дела в нынешнее время служат сплавы меди и железа в виде чугуна и стали. Из… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

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