Литейная продукция. Литейное производство должно быть прибыльным. Нижегородское предприятие ОАО ЛМЗ

Литейное производство является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом.
На XI Съезде литейщиков России в Екатеринбурге в сентябре 2013 года был остро поставлен вопрос о состоянии литейной отрасли, которое неразрывно связано с развитием машиностроения.
Производство российского литья за годы реформирования сократилось в 4,5 раза с 18,5 млн. тонн до 4,2 млн. тонн и имеет тенденцию к понижению ниже 4,0 млн. тонн в 2013. Число литейных производств сократилось почти в три раза с 3500 до 1250 предприятий. Ликвидировано 10 научно-исследовательских институтов литейного производства.
Экспорт литья незначителен, экспорт литейного оборудования практически отсутствует. Вместе с тем, импорт литейного оборудования в том числе для литейных цехов металлургических заводов за 10 лет с 2003 года увеличился почти в 9 раз, превысив 1.0 млрд. ам. дол. в 2012 году.
Необходимы неотложные меры по возрождению российского литейного производства, для чего нужно объединение усилий литейных предприятий, машиностроительной отрасли, научного потенциала при реальной поддержке государственных организаций и финансовых институтов развития в рамках частно–государственного партнёрства.
Анализу состояния российского литейного производства посвящена статья Президента ассоциации литейщиков России проф. Диброва И.А.

Рис.1. Выпуск отливок по странам в 2011 г.

Литейное производство России является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Перспективы развития литейного производства определяются потребностью в литых заготовок, их динамикой производства, авторитетом литейных технологий и конкурентной способностью среди развитых зарубежных стран.

Рассмотрим состояние литейного производства России.

В 2011 в мире было произведено 98,6 млн. тонн отливок из черных и цветных сплавов, в том числе в России 4,3 млн.т, что составляет 4,36%

Выпуск отливок по странам приведен на рис. 1, из которого видно, что лидирующее место в производстве отливок занимает Китай, который сегодня производит около половины мирового выпуска литых заготовок.

Рис.2. Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г.

Россия занимает 6-е место после Китая, США, Индии, Германии и Японии.

Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г. составил 59,49 млн. тонн, что составляет 60% мирового производства (рис. 2). Россия среди стран BRICS занимает третье место и производит 8,22% от выпуска литья этими странами.

Литейное производство в России занимает лидирующее положение среди таких заготовительных баз машиностроения, как сварка и кузница. Коэффициент использования металла (от 75 до 95%). С другой стороны, литейное производство является наиболее наукоемким, энергоемким и материалоемким производством. Для производства 1 тонны отливок требуется переплавка 1,2-1,7 тонн металлических шихтовых материалов, ферросплавов и флюсов, 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. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляют 50-60%, стоимость материалов 30-35%.

Рис.3. Объемы производства отливок в России с 1990 по 2012 гг.г.

Динамика производства отливок в России с 1990 по 2012 гг. приведена на рис. 3. Наиболее высокие объемы производства отливок были в 1985 г. и составляли 18,5 млн. тонн. После этого начался резкий спад производства, связанный с нарушением общих принципов кооперации машиностроительной продукции между республиками СССР, приватизацией и ликвидацией предприятий. Только в Москве закрылись около 20 предприятий, в том числе АМО „ЗИЛ“, заводы „Станколит“, „Динамо“, завод им. Войкова, на которых производили около 500 тыс. тонн литья. С 2001 по 2008 гг. производство отливок стабилизировалось на уровне 7 млн. тонн. В дальнейшем спад производства отливок связан с экономическим кризисом, сокращением квалифицированных кадров, в первую очередь, пенсионеров, закрытием предприятий. В последние годы производство отливок из черных и цветных сплавов стабилизировалось на уровне 4,2 – 4,4 млн. тонн.

Общее число литейных предприятий в России составляет около 1250, которые производят отливки, оборудование, сопутствующие материалы.

Выпуск отливок на одного работающего в 2012 г. составил около 14,3 тонн в год.

В литейном производстве машиностроения и металлургии (по экспертной оценке) занято около 300 тыс. человек, в том числе 90% рабочих, 9,8% инженерных и 0,2% научных работников.

Основное количество литейных предприятий в России (78%) составляют небольшие литейные цехи с объемом выпуска до 5000 тонн литья в год.

Данные по мощностям, объемам выпуска и числу работающих в литейных цехах, по имеющимся у ассоциации сведениям, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Анализ состояния производств России по мощностям, объемам выпуска и числу работающих

По технологическим процессам производство отливок распределяется следующим образом:

Таблица 2. Производство отливок по технологическим процессам, %

78 % отливок производятся на механизированных линиях и машинах и вручную. Уровень автоматизации и механизации литейного производства России представлен в табл. 3.

Таблица 3. Уровень автоматизации и механизации литейного производства

В настоящее время экспорт отливок составляет 30 тыс. тонн в год в такие страны, как Германия, Англия, Франция, Израиль, Швеция, Норвегия, Финляндия, импорт составляет около 70 тыс. тонн.

Объемы производства отливок существенно зависят от объемов производства отечественного литейного оборудования для собственных нужд и поставки на экспорт.

Ряд основных производителей литейного оборудования в России сохранили и расширили свою специализацию, однако они не удовлетворяют потребность литейных цехов и заводов. В России не производится следующее оборудование:

• автоматические и механизированные линии для изготовления безопочных форм из песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей;
• машины для изготовления форм из песчано-глинистых смесей с размером опок от 400х500мм до 1200х1500мм;
• машины для изготовления литейных стержней по горячей и холодной оснастке;
• оборудование для покраски литейных форм;
• кокильные машины;
• машины для литья под низким давлением;
• машины для центробежного литья;
• индукционные печи средней частоты емкостью более 10 тонн для выплавки чугуна и стали;
• смесители периодического и непрерывного действия для приготовления холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час;
• оборудование для регенерации холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час.

Производится неполная гамма машин для литья под высоким давлением.

Парк литейного оборудования за последние 5 лет обновляется незначительно, его средний возраст 28 лет.

Рис.4. Динамика импорта литейного оборудования с 2003 по 2012 гг.

В связи с этим ожидается, что в ближайшие 5-10 лет недостающее оборудование будет закупаться у зарубежных фирм Германии, Италии, США, Японии, Турции, Дании, Англии, Чехии, Франции и др.

Оценим рынок импортного оборудования.

Динамика импорта литейного оборудования в Россию с 2003 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена на рис.4.

В 2012 г. импорт оборудования, запасных частей и приспособлений для литейного и смежных производств из всех стран мира составил около 705 млн. дол. США. Динамика импорта литейного оборудования со всех стран мира с 2007 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена в табл. 4.

Таблица 4. Динамика импорта литейного оборудования с 2007 по 2012 гг.

Наиболее высокие объемы поставок литейного оборудования в Россию из всех стран мира до 2012 г. были в 2008 г., но в 2012 г. объем поставок оборудования вырос и составил более 1 млрд. дол. США. Поставки только литейного оборудования составляют 720 млн. долларов США, на остальные 259,5 млн. дол. США в Россию поставлены отливки, изложницы, поддоны, различные приспособления и приборы, в том числе для литейных цехов металлургического производства. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за три последних года (2010-2012 гг.) представлена в табл. 5 (млн. дол. США).

Таблица 5. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за 2010-2012 гг.

Из табл.5 видно, что литейное оборудование в основном поставляется из Германии и Италии. В целом, из зарубежных стран закупается 72% литейного оборудования. Поэтому производство отливок для изготовления отечественного оборудования сокращается.

Несмотря на низкий уровень объемов производства отливок в последние годы многие заводы проводят реконструкцию литейного производства на базе новых технологических процессов и материалов, перспективного оборудования.

Основной целью реконструкции является расширение объемов производства, повышение качества продукции, отвечающего современным требованиям заказчика, улучшение экологической ситуации и условий труда. При проведении реконструкции требуется глубокое изучение рынка сбыта продукции, анализ современных технологических процессов, оборудования и материалов, разработка оптимальной технологической планировки и расстановки оборудования, разработка рабочего проекта. Для технологического и рабочего проектирования нужны квалифицированные специалисты. К сожалению, сегодня в России ограниченное количество организаций, способных полностью взять на себя технологическое и рабочее проектирование цеха или участка. Поэтому создаются творческие группы специалистов и организаций, выполняющих данного рода работы.

За последние 3 года реконструировалось полностью или частично более 90 литейных цехов и участков.

Реконструкция цехов и заводов осуществляется на базе механизированных линиях, заменяя ручной труд. Только за последние 4 года (2008-2012 гг.) в литейных цехах установлено 25 автоматизированных и механизированных линий для изготовления литейных форм.

Внедрение перспективных технологий

Для получения чугуна и стали перспективными являются технологические процессы плавки в индукционных и дуговых электропечах, обеспечивающих стабильно заданный химсостав и температуру нагрева расплава для проведения эффективной внепечной обработки.

Для выплавки литейных сплавов перспективными являются:

Для плавки чугуна:

• Индукционные тигельные печи средней частоты емкостью до 10-15 тонн. Такие печи производят отечественные фирмы: ООО „РЭЛТЕК“, Екатеринбург, ОАО „Электротерм-93“, г. Саратов, ОАО „Новозыбковский завод электротермического оборудования“, ООО „Курай“, г. Уфа, ЗАО НПП „Институт Электротехнологий“, Екатеринбург, ООО „СОДРУЖЕСТВО“ и другие,
  а также иностранные фирмы АВР, Юнкер (Германия), „Индуктотерм“, „Аякс“ (США), „ЭГЕС“, Турция, которые нашли наиболее широкое распространение в России;
• Дуговые печи постоянного тока производства ОАО „Сибэлектротерм“, г. Новосибирск, ООО „НТФ „ЭКТА“, Москва, ООО „НТФ „Комтерм“, Москва.

Для выплавки чугуна более технологически гибкими являются индукционные тигельные печи средней частоты.

Рис.5. Увеличение объемов производства чугуна, выплавленного в индукционных печах (%)

К сожалению, в последние годы не проводятся работы по совершенствованию технологии ваграночной плавки чугуна,. Нет, и ранее не было, в России серийного производства вагранок. В связи с этим все работающие вагранки изготовлены кустарным способом без подогрева дутья и качественной очистки отходящих газов от пыли и вредных составляющих. Газовые вагранки не нашли должного распространения в нашей стране вследствие отсутствия ее надежной конструкции и применяются лишь для получения низких марок чугуна.

На рис.5 представлены данные об увеличении объемов производства отливок из чугуна, выплавленного в индукционных печах, и уменьшении объемов производства отливок из ваграночного чугуна.

Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г. представлено в табл. 6.

Таблица 6. Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г.

Рис.6. Рост объемов производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов (%)

Увеличение объемов выплавки в индукционных печах чугуна с низким содержанием серы позволило повысить производство отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. В период с 2006 по 2012 гг. выпуск отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита вырос на 12 % (рис.6) за счет снижения производства отливок из серого и специального чугунов и стали.

Для плавки стали:

• Дуговые электропечи переменного и постоянного тока, индукционные печи средней и повышенной частоты.

Производство отливок из различных типов стали в 2012 г. Представлено в табл. 7.

Таблица 7. Производство отливок из стали

Для плавки цветных сплавов:

• Электрические индукционные, дуговые и печи сопротивления, газовые и мазутные печи.

Производство отливок из цветных сплавов в 2012 г. представлено в табл. 8.

Таблица 8. Производство отливок из цветных сплавов

В последние годы наблюдался рост производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют

Производство фасонных отливок в России из алюминиевых сплавов различными методами представлено в табл. 9.

Таблица 9. Производство фасонных отливок из алюминиевых сплавов различными методами

В настоящее время развитие производства высококачественных отливок на базе современных технологических процессов в различных отраслях машиностроения осуществляется неравномерно. Наиболее высокие объемы производства отливок наблюдаются в транспортном (автомобильном, железнодорожном и коммунальном) машиностроении, тяжелом и энергетическом машиностроении и оборонной промышленности.

Рис.7. Производство отливок по отраслям в 2012 г.

Объемы производства отливок по отраслям представлены на рис. 7

Анализ динамики производства отливок и отечественного литейного оборудования за последние 10 лет не позволяет определить перспективы развития литейного производства на ближайшие годы. Увеличение объемов производства отливок из черных и цветных сплавов не предвидится, так как продолжается политика и практика закупки машиностроительной продукции за рубежом. Также продолжается тенденция увеличения закупок литья за рубежом. Потребность отечественной промышленности в литых заготовках снижается. Литые заготовки не конкурентоспособны на мировом рынке по причине их высокой себестоимости и по показателю «цена-качество» мы уступаем развитым зарубежным странам.

Новые литейные технологии в последние годы не разрабатываются, так как 10 научно-исследовательских институтов, занимающиеся литейным производством ликвидированы системой приватизации. Научными исследованиями занимаются только литейные кафедры ВУЗов, основной задачей которых является подготовка молодых специалистов. Основное количество кафедр не оснащено современными приборами и оборудованием. Координация научной деятельности в России отсутствует. Количество научных работников за последние 15 лет сократилось с 8 до 0,2% от всех работающих в литейном производстве. Нарушена связь науки с производством, отраслевая наука отсутствует.

В существующих условиях для дальнейшего развития литейного производства, реконструкции старых литейных цехов и строительства новых на базе новых технологических процессов и современного экологически чистого оборудования большую роль играет информационная деятельность, которую проводит Российская ассоциация литейщиков. Ассоциация регулярно организовывает научно-технические специализированные конференции, один раз в 2 года проводится съезд литейщиков и выставка с участием зарубежных специалистов, кроме того, организовывает поездки специалистов на международные выставки по литейному производству и литейные заводы зарубежных стран с целью ознакомления с инновационными техническими решениями и обмена опытом. Выпускает ежемесячно научно-технический журнал «Литейщик России».

Необходимо отметить, что наряду со стабилизацией объемов производства отливок в последние 4 года качество литья значительно повысилось, увеличилась размерная точность и, соответственно, уменьшилась их масса, повысились прочностные и эксплуатационные характеристики, улучшился товарный вид.

Значительно улучшилась технологическая оснащенность ряда предприятий, за последние 15 лет около 350 предприятий провели реконструкцию, которая сдерживается отсутствием оборотных средств на многих предприятий.

Надеемся, что совместная деятельность литейных предприятий с научными и общественными организациями при поддержке Правительства РФ позволит осуществлять дальнейшее развитие литейного производства России.

• Тэги:

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

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

Основными видами сырья в литейном производстве служат:

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

Процесс литья осуществляется разнообразными способами, которые классифицируются:

1) по способу заполнения литейных форм:

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

2) по способу изготовления литейных форм:

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

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

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

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

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.

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.

, 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 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.

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 ).

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.).