деревянная форма для литья чугуна
Чугунное литье
Чугун — это сплав железа с углеродом и другими элементами. Является недорогим, прочным, износостойким, но хрупким конструкционным материалом, широко используемым в промышленности и строительстве.
Технология литья из чугуна
Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.
Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.
Процесс литья из чугуна
Чугун производится в доменных печах — огромных сооружениях, высотой с десятиэтажный дом. После расплавления руды и удаления примесей происходит отливка чугуна в стальные формы — изложницы. Получающиеся слитки (чушки) – содержат чугун определенной марки и готовы к дальнейшему переделу. На литейных заводах из них отливают различные готовые изделия.
Процесс литья из чугуна
Основные этапы процесса литья из чугуна:
Существует несколько методов изготовления моделей и подготовка форм
Основные методы чугунного литья
Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:
внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.
Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.
Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:
Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.
Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.
Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.
Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:
Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации
Производство чугуна
Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.
Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.
Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.
Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.
Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.
Чугунные отливки
Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.
Отливки из чугуна также подразделяются:
В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.
Способы литья
Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.
Способ состоит из следующих этапов.
Подготовка моделей
Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.
Литье по газифицируемым моделям
Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.
Формовка
Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.
Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.
Заливка металла
Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.
Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.
Завершающие операции
Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.
Преимущества чугунного литья
Чугунное литье отличается от отливок из других материалов рядом преимуществ, таких, как:
Характеристики и применение чугуна
Важно отметить, что при использовании современных методов литья дешевле получается не только сама отливка, но и конечная продукция. Многие производства, в конце 20 века заменившие чугунные детали своих изделий на стальные, вернулись или планируют вернуться к проверенному временем материалу на новом этапе его развития.
Способы литья чугунных отливок
Различные производства используют около 15 способов литья, основные из которых:
Литье в песчаные формы
Точность геометрических размеров, шероховатость поверхности отливок, полученных в песчаных формах, во многих случаях не удовлетворяет требованиям современной техники. Литье в песчаные формы обеспечивает невысокое качество поверхности (ниже Rz =320 мкм), низкую точность (ниже 16 квалитета), трудно автоматизируется и не обеспечивает удовлетворительные условия труда.
Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные способы литья: в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное, под давлением, центробежное и другие, позволяющие получать отливки повышенной точности, с малой шероховатостью поверхности, минимальными припусками на механическую обработку, а иногда полностью исключающие ее, обеспечивают высокую производительность труда и т. д.
Литье в ЖСС
Для получения более высоких качественных показателей применяют литье в формы из жидких самоотвердевавщих смесей (ЖСС). Этот способ литья применяют в любом виде производства.
Способ применяют для изготовления больших корпусов приборов из чугуна и алюминиевых сплавов с толщиной стенки 4…6 мм, точностью 14…16 квалитета, шероховатостью поверхности Rz =80…40 мкм.
Процесс можно легко механизировать в автоматизировать.
Литье в оболочковые формы
Этот способ является, как и предыдущие, способом литья в разовые формы. Для изготовления тонких оболочковых форм нужно в 20-30 раз меньше формовочных материалов, чем для песчаных или форм из ЖСС. Способ применяют для чугунных, стальных и для алюминиевых отливок, простой конфигурации без внутренних полостей в серийном производстве.
Литье в оболочковые формы, которые изготавливают из формовочных смесей (кварцевый песок с термореактивной связующей смолой) по горячим моделям.
В качестве связующего для изготовления оболочковых форм в производстве используется пульвербакелит — смесь фенолоформальдегидной смолы C ФП-011Л с 7% уротропина.
Уротропин применяется как ускоритель отвердевания. Малотоксичен, относится к 3кл опасности, ПДК — 9 мг/м 3 (ГОСТ 1381-73).
В настоящее время альтернативы термореактивным смолам на основе фенолоформальдегида для изготовления оболочковых форм по технологичности и качеству поверхности форм не найдено.
Способ обеспечивает получение шероховатости поверхности Rz =80…40 мкм, и точность — 12…14 квалитет. Способ легко можно механизировать и автоматизировать.
Литье в кокиль
В приборостроении литье в кокиль (кокиль — это металлическая форма, имеющая защитную огнеупорную облицовку на рабочей поверхности) применяют в серийном и массовом производстве.
Экономическая целесообразность кокильного литья зависит от стойкости металлической формы.
Качественные параметры отливок: точность 12…13 квалитет, шероховатость поверхности — Rz =80…20 мкм.
Преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта:
1. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 — 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения.
2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.
3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.
4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля.
Литье в кокиль следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.
Литье по выплавляемым моделями
Литье по выплавляемым моделям применяют в приборостроении для изготовления отливок различной сложности из любых сплавов массой от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок 0,4-20 мм, точностью размеров до 12 квалитета и шероховатостью поверхности до Rz =20 мкм. Способ применяют при любом виде производства.
Литье под давлением
Литье под давлением является самым производительным способом изготовления тонкостенных деталей сложной конфигурации в серийном и массовом производстве.
Процесс литья заключается в заливке расплавленного металла в камеру сжатия машины и последующем выталкивании его через литниковую систему в полость металлической формы, которая заполняется под давлением.
Наиболее полно требованиям удовлетворяют сплавы на основе цинка, алюминия, магния и меди.
При литье под давлением получают высокое качество отливок. Достижимая точность: 9-11 квалитет по размерам, получаемым в одной части литейной формы и 11-12 квалитет по размерам, получаемым в двух частях формы.
Как лить чугун в домашних условиях
Технология литья из чугуна
Технология литья из чугуна впервые была освоена в Китае около Х века н.э., в Европе впервые упоминается в 14 веке, как материал для производства пушек. В России первое «литье чугунное, для делания пушек пригодное» относиться к эпохе Ивана IV Рюриковича. Расцвет эпохи чугуна наступил в 19-20 веках. В это время из него делали мосты и трубопроводы, фонари и ограды, элементы архитектурного декора и несущие конструкции зданий. Кроме того, из того же материала отливали рельсы, детали станков, и двигателей. Отдельно стоит упомянуть чугунную посуду, утюги и отопительные приборы.
Чугун также являлся исходным компонентом для производства стали мартеновским способом. Объем его производства был важнейшим показателем экономической мощи страны и ее военного потенциала. С изобретением недорогих технологий производства и обработки сплавов алюминия и стали значение чугуна как конструкционного материала заметно снизилось. Широкое развитие производства высокопрочных пластиков и композитных материалов окончательно оттеснило чугун с передовых позиций.
Процесс литья из чугуна
Чугун производится в доменных печах — огромных сооружениях, высотой с десятиэтажный дом. После расплавления руды и удаления примесей происходит отливка чугуна в стальные формы — изложницы. Получающиеся слитки (чушки) – содержат чугун определенной марки и готовы к дальнейшему переделу. На литейных заводах из них отливают различные готовые изделия.
Процесс литья из чугуна
Основные этапы процесса литья из чугуна:
Существует несколько методов изготовления моделей и подготовка форм
Литье чугуна в домашних условиях
в землю является экономически недорогим и простым процессом, который используют на протяжении более 500 лет.
Таким образом отливаются формы массой до 200 тонн, один из прекрасных примеров литья чугуна в землю – это отлитая в 1586 году «Царь пушка». На данный момент литьё в землю используется в машиностроении, станкостроении, автомобилестроении.
Многие памятники так же были изготовлены этим способом. У литья в землю есть свои преимущества и недостатки, которые будут рассмотрены ниже.
Модели для литья в землю
Чтобы получить готовое изделие, предварительно изготавливается модель, которая в точности повторяет будущее изделие. Обязательное условие при литье чугуна в землю – это превышение размера модели на процент усадки чугуна.
Дело в том что расплавленные металлы имеют свойство расширятся, а при охлаждении масса металла уменьшается в объёме, то есть, говоря по-другому – металл имеет усадку.
Чтобы готовое изделие имело точный размер, модель делают большего размера с учётом будущей усадки.
Модели для литья могут быть разборные, полнотелые, пустотелые, с разными дополнительными съёмными частями. Для художественного литья используют выплавляемые модели, либо выжигаемые (из пенонаполненного пластика). Несложные художественные формы изготавливают по неразборным моделям ( часто односторонним, плоским).
Пустотелые отливки изготавливают с применением стержней, которые устанавливают в формы. Стержни формируют в будущей отливке полости и глубокие выемки.
Таким образом изготавливали крупные памятники, полости внутри позволяют экономить металл и получить более качественную отливку.
Дело в том что меньший слой металла имеет меньшую усадку, что положительно сказывается на качество получаемой поверхности, уменьшает количество раковин и других браков отливки.
Модели для литья чугуна в землю изготавливают из различных материалов, для этого используют дерево, пластик, различные легкоплавкие материалы, пенопласт. Так же модели изготавливают из металлов – чугуна, бронзы, латуни, алюминия.
В качестве материалов для моделей используют глину или гипс, эти материалы не такие прочные, но позволяют делать модели для малосерийных отливок. На продвинутых производствах для изготовления форм для будущих отливок используют станки с ЧПУ, управляемые специальным программным обеспечением.
В этом случае модели получаются наиболее качественные, выполненные с высокой точностью.
Обработку моделей производят любым подходящим инструментом, то есть, используются фрезеровочные, токарные, точильные станки, а так же, как было упомянуто выше, многофункциональные роботизированные станки с ЧПУ. В последнее время для изготовления особо сложных моделей, применяются 3D принтеры. Они с максимальной точностью позволяют реализовать реальную модель, спроектированную в программе моделирования.
Опоки для отливки
Опока для отливки – это ёмкость (ящик, коробка), которая предназначена для изготовления самой литейной формы из модели. Форма в опоке формируется из нескольких полуформ. Выплавляемые модели позволяют изготавливать неразборные формы, которые после заливки и остывания металла просто разбиваются.
Формы в опоке могут быть многоразовые или одноразовые. Как правило, формы для литья изготавливают одноразовые. Раньше отливки особо крупных размеров использовали в качестве опоки саму землю. То есть, форма для литья формировалась непосредственно в слое земли.
Сейчас в качестве опоки используются ящики из металла и немного реже из дерева.
Стержни для литья
Стержни в форме для литья необходимы, чтобы формировать в отливках полости разного объёма, размера и длины. Стержни подвергаются воздействию расплавленного металла, поэтому они должны выполняться из газопроницаемых, прочных, термостойких материалов.
В зависимости от размеров отливки, заливаемого металла, свойств сплава, для стержней используют специально подобранные смеси. В основном стержни делают из смесей кремнезёмистых элементов, песка, графита, каолина, шамота.
Стержни могут быть изготовлены с внутренними полостями, таким образом, в эти полости будут удаляться образующиеся при литье чугуна газы. Так же наличие полостей в стержнях позволяет легче их удалить из уже готового изделия. Для примера можно привести литьё чугунных батарей.
В этом изделии внутренняя полость, образуемая с помощью стержней определённой формы, имеет внутренние пустые пространства. Без наличия полостей в стержнях, удалить их будет проблематично.
Формовка для заливки
Формовка формы (тут немного технической тавтологии) производится разными способами. Если изделие несложной формы, то формовку выполняют заливкой (либо заполнением) формовочной смесью.
Основные методы чугунного литья
Современная промышленность использует много различных методов производства чугунного литья. Они сводятся к нескольким основным методам литья:
внутрь формы помещается модель готового изделия, полностью повторяющаяся его форму, но превышающая его по размерам на величину литейной усадки. Глиняно-песчаная смесь трамбуется и уплотняется, обеспечивая полное прилегание к модели. Литье чугуна в форму осуществляется через специально предусмотренные отверстия — литники.
Специалисты различают несколько видов чугуна, в зависимости от содержания тех или иных примесей.
Серый чугун содержит от 2,9% до 3,7% графита и кремний, обладает отличными литейными свойствами:
Является подходящим материалом для корпусов станков и механизмов, поршней и блоков цилиндров двигателей. Высокая хрупкость исключает применение материала в деталях, работающих на изгиб и растяжение. Литье серого чугуна преимущественно проводится в песчаные формы и в кокиль.
Высокопрочный чугун, ВЧШГ, содержит графит в шаровидной форме. Этот вид графита отличается высокой вязкостью и ковкостью, пригоден для кузнечной обработки. Из него отливают трубы, трубопроводную арматуру, ответственные и высоконагруженные детали механизмов.
Изделия из высокопрочного чугуна производят также методом литья в газифицируемую модель. Литье чугуна производится в форму из песчаной смеси, уплотненной вокруг полистироловых блоков моделей.
Для улучшения механических свойств отливки из высокопрочного чугуна подвергают термической обработке. Ее основные этапы:
Термообработка повышает однородность материала и снимает внутренние напряжения в отливке, снижая вероятность возникновения трещин в процессе эксплуатации
Общие свойства чугуна
Чугун производят в доменных печах. Температура нагрева от горения газа и угольной пыли повышается. В результате получают 2 типа высокоуглеродистых сплавов:
Передельный сплав, в основном белый, очень твердый. Он содержит углерод в связанной форме, на изломе зерно белого цвета. Очень твердый, режущим инструментом не обрабатывается. Используется как основное сырье для получения сталей различных марок.
Остальные виды чугуна: серый, ковкий, высокопрочный. Они имеют высокую жидкотекучесть, используются для изготовления деталей методом литья в формы с последующей обработкой резанием. Твердость значительно выше, чем у незакаленных сталей. Высокое сопротивление стиранию. К недостаткам относится хрупкость, низкий предел сопротивления на изгиб и кручение.
Ковким назвали чугун за относительно высокую пластичность и устойчивость к динамическим нагрузкам. Он прочнее серого, благодаря компактным хлопьевидным включениям графита, расположенным между зерен. У высокопрочного сплава графит имеет шарообразную форму. Остальные виды чугуна содержат свободный углерод в виде пластин графита по границам зерен и относительно легко ломаются. На самом деле никакой вид чугуна ковать нельзя.
При обработке чугуна резанием на малой подаче и скорости получается поверхность с высокой чистотой. Размеры с точностью до 0,02 мм.
Производство чугуна
При запуске доменной печи в нее послойно засыпают кокс и агломерат — обогащенная железная руда с флюсом. Снизу через форсунки вдувается кислород, подогретый газ. В процессе сгорания угля происходит химическое превращение его в двуокись углерода CO2, затем в окись — CO, которая окисляет железо, выделяя его из руды и делая твердым.
Доменный процесс непрерывный. Руда и флюс добавляются регулярно. Когда скапливается определенное количество чугуна, его выпускают в ковш, затем разливают по формам. Жидкий шлак предотвращает окисление расплавленного металла. Его сливают после чугуна через леток, расположенный выше, и вывозят за пределы цеха. В дальнейшем используют как сырье для производства цемента и в строительстве.
Преимущества чугунного литья
Изготовление деталей из чугуна стоит значительно дешевле, чем сделать аналогичные изделия из стали или бронзы. Повышенное содержание фосфора делает чугун жидкотекучим. Он легко заполняет все пустоты в форме, включая мелкие элементы. По красоте и разнообразию чугунные решетки выглядят лучше кованых. Они устойчивы к влаге, не требуют регулярного ухода.
Литье из чугуна имеет самые разные формы, может длительное время находится в воде и земле, невосприимчивы к низким температурам. Изготовление труб и фитингов, муфт, вентилей имеет простую технологию,по сравнению с другими материалами.
Усадка чугуна во время остывания практически отсутствует. Это позволяет делать отливки с минимальными отходами: малыми прибылями, без накопителей. Обработка деталей сводится к проточке посадочных мест.
Чугунные втулки ставятся в подшипники скольжения на низкооборотистые валы. Имея высокую износостойкость стиранием, они служат дольше шарикоподшипников и стоят в несколько раз дешевле.
Изделия из чугуна
Производство чугуна
Производство чугуна из ряда главных показателей экономической мощи страны отошло в ряд второстепенных, но не потеряло своего значения для экономики.
Лидером в производстве чугуна с почти десятикратным отрывом является Китай- 543,748 млн. т в год, следом идут Япония 66,943 млн. т, Россия — 43,945 млн. т и Индия — 29,646 млн. т. Китай производит более 50% мирового чугуна.
Чугун производится в доменных печах, подготовленная железная руда плавится вместе с добавками, в качестве топлива используется коксующийся каменный уголь или природный газ.
Основное потребление чугуна происходит сегодня в качестве компонента для выплавки стали. Развитие чугунного производства идет в основном в направлении повышения его энергоэффективности, экологичности и снижения издержек.
Уникальные свойства чугуна — дешевизна, прочность и коррозионная стойкость позволяют черному металлу уверенно смотреть в будущее.
Чугунные отливки
Чугунные отливки бывают разных размеров — от мелких деталей до многометровых станин крупных станков. Конфигурация их тоже бывает самая разнообразная — от простеньких втулок до изысканных литых решеток и ворот.
Отливки из чугуна также подразделяются:
В металлургической науке существуют и другие классификации чугунных отливок.
Классификация чугунов для отливок
Чугуны для отливок различаются по структуре, химическому составу, назначению и технологии получения.
В зависимости от того, в каком виде формируется высокоуглеродистая фаза при кристаллизации или термической обработке по структуре, различают отливки:
В последнем случае поверхностный слой отливки имеет структуру белого чугуна, а в центре — графитизированного серого чугуна.
Форма графита в графитизированных чугунах разнообразна: пластинчатая (ПГ), вермикулярная — червеобразная (ВГ), хлопьевидная (ХГ) и шаровидная (ШГ). Эти формы графита определяют основные типы чугунов: серый чугун (СЧ), чугун с вермикулярным графитом (ЧВГ), ковкий чугун (КЧ), высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ). При этом структура металлической основы может быть от ферритной до аустенитной. Государе ственными стандартами регламентировано около 100 марок чугуна.
По химическому составу различают нелегированный и легированный чугун.
По назначению чугуны могут быть разделены на несколько укрупненных групп в зависимости от предъявляемых к отливке требований.
К укрупненным группам относятся отливки:
По технологии получения различают отливки, получаемые в разовых песчаных формах, в оболочковых формах, в металлических формах (кокиль), в песчаных формах, изготовленных по газифицируемым моделям, в керамических формах, изготовленных по выплавляемым или выжигаемым моделям. Особенность технологического процесса в последних двух вариантах заключается в отсутствии разъема формы н стержней. Модель из формы удаляется либо в процессе заливки формы металлом (газифицируемые модели), либо предварительно выплавляется или выжигается из керамической формы. Газифицируемые и выжигаемые модели изготовляют из полимеров (пенополистирол, полистирол), а выплавляемые — из легкоплавких составов на основе парафина, стеарина, церезина и др. Осваивается производство отливок из черных сплавов (в том числе из чугуна) литьем под давлением.
Целесообразный способ получения отливки зависит от типа производства, массы отливки, ее габаритных размеров и конструктивных особенностей.
Выбранный способ характеризуется определенными точностью и шероховатостью поверхности получаемых отливок.
Таблица 1. Точность и шероховатость поверхности чугунных отливок, получаемых различными способами
| Литье | Нормальная точность | Достижимая точность | Rz, мкм |
| Класс по ГОСТ 16645-85 | Класс по ГОСТ 26645-85 | ||
| В разовые песчаные формы: | |||
| ручная формовка | 9-14 | 7-12 | 80-160 |
| машинная, встряхиванием с подпрессовкой | 8-13 | 6-11 | 80-160 |
| машинная, прессованием под высоким давлением | 7-12 | 5-9 | 40-80 |
| в формы с газифицируемыми моделями | 7-12 | 5-10 | 40-160 |
| В оболочковые формы | 5-11 | 4-9 | 20-80 |
| В металлические формы | 5-11 | 4-9 | 20-80 |
| По выплавляемым моделям | 4-9 | 3-8 | 10-40 |
| 1. Приведена минимально допустимая точность. | |||
Наиболее универсальным способом получения отливок, пригодным как для единичного, так и для массового производства отливок массой от десятков граммов до десятков тонн, является литье в разовые песчаные формы. В металлических формах получают разнообразные фасонные отливки массой от долей до 100 кг, хотя в отдельных случаях масса отливки составляет сотни килограммов (например, чугунные трубы, получаемые центробежным способом, и др.). При литье в металлические формы целесообразна серия для мелких отливок св. 400 шт., для крупных отливок св. 20 шт.
Литьем в оболочковые формы получают в основном коленчатые валы н ребристые цилиндры, станины электродвигателей, корпуса токарных патронов, нагревательные комфорки бытовых электроплит, детали различных двигателей, компрессоров, насосов, вентиляторов, текстильных машин, гидроаппаратуры, кондиционеров и т. д. Максимальные размеры отливок до 1000Х1000 мм, масса отливок до 200 кг. Учитывая необходимость изготовления нагреваемой металлической оснастки, целесообразна серия не менее 300—500 шт.
Литьем по выплавляемым моделям изготовляют мелкие отливки сложной конфигурации массой до 1,5—2 кг, реже до 5—6 кг, для которых требуются повышенная точность и малые параметры шероховатости поверхности. При данном способе имеется возможность максимально приблизить заготовку по размерам и конфигурации к готовой детали. При использовании деревянных пресс-форм для изготовле-, ния моделей целесообразна серия 50—100 шт., гипсовых — 200 шт., металлических — несколько тысяч.
Точность отливок, получаемых различными способами, приведена в табл. 1.
Данные относятся к отливкам II—III группы сложности на размеры до 500 мм включительно, расположенных! в одной части формы. Точность размеров, оформляемых в двух н более частях формы, а также отливок повышенной сложности и больших габаритов может быть ниже.
На характеристики точности отливок влияет их сложность, вид модель
Таблица 2. Группы сложности отливок, изготовляемых в песчаных формах
| Группа сложности | Отливка | Характеристики группы сложностей отливок |
| Ⅰ | Отливки общего назначения. Плоские, цилиндрические, полусферические, без внутренних полостей. Наружные поверхности с наличием невысоких ребер-буртов, бобышек, фланцев и отверстий. |
Углублений н выступов ≤30 мм до 5 шт. Отливки без механической обработки или незначительная обработка с одной стороны, в основном сверление
Открытой коробчатой, сферической, цилиндрической формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные с ребрами, бобышками, выступами н углублениями. Углубления, выступы, ребра высотой более 75 мм до 5 шт. Внутренние полости в основном с прямолинейными поверхностями со свободным выходом наружу. Применяется механическая обработка с трех-четырех сторон, включая шлифование
Открытой и закрытой коробчатой, цилиндрической и сферической формы. Наружные поверхности прямолинейные и криволинейные. Углубления, выступы, отверстия, ребра высотой более 75 мм до 10 шт. Внутренние полости средней сложности с прямолинейными и криволинейными поверхностями со свободным и затрудненным выходом наружу. Применяется механическая обработка с четырех-пяти сторон, включая шлифование, притирку, полирование. Предъявляются требования по химическому составу и механическим свойствам, герметичности при давлении 12-105 Па
Предъявляются требования по химическому составу, механическим свойствам, микроструктуре, газонасыщенности. Герметичность при давлении св. 30-105 Па
На характеристики точности отливок влияет их сложность, модельной оснастки. Например, при ручной и машинной формовке с использованием встряхивания и подпрессовки при обычных давлениях можно применить деревянную модельную оснастку, тогда как при прессовании форм с высоким давлением используют металлическую модельную оснастку, что отражается на себестоимости отливок и становится целесообразным лишь при их определенной серии (обычно не меньше нескольких сот штук).
В основу классификации отливок по сложности положена классификация, установленная. Прейскурантом оптовых цен № 25-01. Отливки, получаемые в песчаных формах, по выплавляемым моделям, под давлением делятся на шесть групп сложности, а отливки, получаемые в оболочковых формах, в кокиль или центробежным способом — на пять групп. Основными признаками при классификации являются геометрическая форма, конфигурация наружных поверхностей; конфигурация и характер расположения внутренних полостей отливок; технологические особенности изготовления. В табл. 2 в качестве примера приведены конструктивные признаки отнесения отливок, получаемых в песчаных формах, к различным группам сложности.
Таблица 3. Точность чугунных отливок в зависимости от их сложности и наибольшего габаритного размера
| Наибольший размер отливки, мм | Точность в условных баллах при группе сложности | Классы точности по ГОСТ 26645-85 при группе сложности | ||||
| Ⅰ-Ⅱ | Ⅲ-Ⅳ | Ⅴ-Ⅵ | Ⅰ-Ⅱ | Ⅲ-Ⅳ | Ⅴ-Ⅵ | |
| До 50 | 1,0 | 1,25 | 1,6 | 3-6 | 3т-6 | 3т-6 |
| 51-200 | 1,25 | 1,60 | 2,0 | 5т-7т | 5т-7т | 7т-9 |
| 201-500 | 1,60 | 2,00 | 2,5 | 7т-9т | 7т-9т | 7т-9т |
| 501-2000 | 2,0 | 2,50 | 3,15 | 7-9 | 7-9 | 9 |
| Св. 2000 | до 2,5 | до 3,15 | до 4,0 | 7-9 | до 10 | до 10 |
При оценке точности в условных баллах за единицу принята достижимая точность отливок I—II групп сложности с наибольшим размером до 50 мм.
В табл. 3 приведена ориентировочная точность чугунных отливок, изготовляемых в песчаных формах, в зависимости от группы сложности отливок н наибольшего габаритного размера.
Себестоимость отливок, кроме материала, их группы сложности и серии, определяется точностью, зависящей от применяемого способа изготовления, и в общем случае увеличивается с повышением точности отливок. Однако это увеличение может быть перекрыто экономией при дальнейшей механической обработке более точных литых заготовок, в результате уменьшения или ликвидации припусков на механическую обработку.
Изменение стоимости отливок в зависимости от марки чугуна приведено в табл. 4, а от применяемого технологического процесса — в табл. 5. Приведенный диапазон изменения относительной стоимости охватывает отливки всей группы сложности.
За единицу в табл. 4 принята оптовая цена 1 т отливок массой 0,16 — 0,25 кг группы сложности I из чугуна СЧ10—СЧ18, изготовляемых в песчаных формах, а в табл. 5 — оптовая цена 1 т тех же отливок, изготовленных из высокопрочного чугуна ВЧ 35 — ВЧ 50 в песчаных формах. Эти значения на базе оптовых цен 1979 г. равны соответственно 314 и 376 р.
Цена отливок, получаемых в кокиль, более низкая по сравнению с отливками, полученными в песчаных формах (табл. 5). Однако это зависит от серийности выпуска отливок. С уменьшением серийности цена будет снижаться для отливок, изготовляемых в песчаных формах, и при единичном и мелкосерийном производстве литье в кокиль становится нецелесообразным, даже с учетом возможной выгоды, получаемой при механической обработке вследствие повышения точности отливок.
Таблица 4. Относительная стоимость 1т отливок сопоставимой сложности, изготовленных из различных марок чугуна в песчаную форму
| Марка чугуна | Масса отливок, кг | |||||
| 0,16-0,25 | 1,0-1,6 | 6,3-10 | 63-100 | 630-1000 | 6300-10000 | |
| Серия отливок, тыс. шт. | ||||||
| 100-200 | 20-75 | 12-30 | 4-7,5 | 1,5-3,5 | 0,18-0,35 | |
| ГОСТ 1412-85 | ||||||
| СЧ10, СЧ15 | 1-1,83 | 0,81-1,6 | 0,67-1,39 | 0,55-1,19 | 0,48-1,03 | 0,44-0,9 |
| СЧ20, СЧ30 | 1,05-1,91 | 0,86-1,67 | 0,71-1,45 | 0,58-1,24 | 0,51-1,08 | 0,47-0,95 |
| СЧ35 | 1,08-1,94 | 0,88-1,7 | 0,74-1,48 | 0,62-1,27 | 0,54-1,11 | 0,5-0,98 |
| ГОСТ 7293-85 | ||||||
| ВЧ 35, ВЧ 40, ВЧ 45, ВЧ 50 | 1,2-2,09 | 0,99-1,83 | 0,82-1,62 | 0,69-1,4 | 0,61-1,23 | 0,57-1,09 |
| ВЧ 60, ВЧ 70, ВЧ 80, ВЧ 100 | 1,39-2,28 | 1,18-2,02 | 1-1,8 | 0,85-1,56 | 0,74-1,36 | 0,66-1,19 |
| ГОСТ 1215-85 | ||||||
| КЧ 30-6/КЧ 65-3 | 1,1-2,01 | 0,91-1,77 | 0,76-1,6 | 0,64-1,33 | 0,57-1,17 | 0,52-1,04 |
| ГОСТ 1385-85 | ||||||
| АЧС1-АЧС3 | 1,13-2,04 | 0,93-1,8 | 0,79-1,58 | 0,66-1,36 | 0,58-1,2 | 0,4-1,06 |
| АЧС4-АЧС2 | 1,23-2,16 | 1,03-1,91 | 0,85-1,68 | 0,73-1,45 | 0,64-1,29 | 0,58-1,15 |
| ГОСТ 7769-82 | ||||||
| ЧХ1, ЧХ2, ЧХ3 | 1,12-2,02 | 0,92-1,78 | 0,78-1,56 | 0,65-1,35 | 0,58-1,18 | 0,53-1,05 |
| ЧС5, ЧС5Ш | 1,15-2,07 | 0,96-1,83 | 0,81-1,61 | 0,68-1,39 | 0,61-1,23 | 0,56-1,05 |
| ЧС15, ЧС17 | 1,08-1,99 | 0,89-1,75 | 0,75-1,47 | 0,62-1,31 | 0,54-1,15 | 0,5-1,02 |
| ЧНХТ | 1,16-2,07 | 1,03-1,88 | 0,92-1,59 | 0,78-1,43 | 0,7-1,24 | (0,64-1,15)*1 |
| ЧХ28, ЧХ32 | 1,59-2,72 | 1,35-2,39 | 1,17-2,13 | 1-1,86 | 0,89-1,65 | 0,81-1,47 |
| ЧЮ22Ш, ЧЮ30 | 1,8-2,93 | 1,56-2,6 | 1,38-2,34 | 1,22-2,08 | 1,10-1,83 | 1,03-1,69 |
| *1 Для отливок массой сн. 4000 кг | ||||||
При увеличении производства отливок по сравнению с указанным в табл. 4 цены за 1т уменьшаются, а при уменьшении — увеличиваются. Максимальное изменение цен при этом составляет ±25%
Таблица 5. Относительная стоимость 1т отливок из высокопрочного чугуна
| Литье | Масса отливок, кг | ||||
| 0,16-0,25 | 1,0-1,6 | 6,3-10 | 63-100 | 630-1000 | |
| Серия отливок, тыс. шт. | |||||
| 100-200 | 20-75 | 12-30 | 4-7,5 | 1,5-3,5 | |
| В песчаную форму | 1,0-1,75 | 0,82-1,53 | 0,69-1,35 | 0,58-1,17 | 0,51-1,03 |
| В оболочковую форму | 1,56-2,58 | 1,4-2,21 | 1,14-1,78 | 1,01-1,46 | (0,95-1,12)*1 |
| В металлическую форму (кокиль) | 0,85-1,49 | 0,7-1,3 | 0,59-1,16 | 0,49-1 | 0,44-0,88 |
| В облицованный кокиль | 1,21-1,81 | 1,07-1,64 | 0,97-1,5 | 0,88-1,35 | 0,83-1,23 |
| По выплавляемым моделям | 4,28-6,09 | 2,82-4,17 | 1,96-2,93 | (1,7-2,39)*2 | — |
| *1 Для отливок массой св. 250 кг. | |||||
| *2 Для отливок массой св. 10 кг | |||||
При уменьшении серий отливок до пределов, целесообразных для сопоставления всех приведенных в табл. 5 способов получения отливок, цена на отливки, полученные в песчаную форму, возрастает на 10—12%, литьем по выплавляемым моделям — на 15%, литьем в кокиль — на 20%, литьем в оболочковые формы — на 25%
Способы литья
Наиболее современный способ это литье по газифицируемым моделям. Этот способ позволяет не только осуществлять литье чугуна, но и получать стальные отливки. Способ отличается экономичностью, экологичностью и возможностью повторного использования материала форм.
Способ состоит из следующих этапов.
Подготовка моделей
Модели делают из предварительно вспененного и подсушенного полистирола с размером зерна 0,3— 0,9 мм. (в зависимости от габаритов детали). Материал задувается в формы, запекается и охлаждается.
Литье по газифицируемым моделям
Модели склеивают или спаивают в блоки. Далее блоки опускают в ванну, чтобы нанести противопригарное покрытие и высушивают. Если конфигурация изделия сложная, то покрытие наносят из сопла.
Формовка
Блоки моделей помещают в опоку, размещенную на вибрирующем основании, постепенно засыпая их песчано-глиняной смесью, их «землей». Иногда засыпку производят слой за слоем, отдельно уплотняя каждый.
Засыпанные и уплотненные формы перевозят в заливочный цех. Вакуумный насос завершает уплотнение песка и придание ему достаточной прочности.
Заливка металла
Металл заливают прямо в материал модели. Жидкий расплав испаряет полистирольные модели и заполняет все детали рельефа.
Продукты сгорания полистирола удаляются вакуумным насосом прямо через стенки формы.
Завершающие операции
Отливки из чугуна остывают в форме. Темп снижения температуры и общая его длительность определяется весом детали, толщиной ее стенок и требованиями производственного процесса. Далее формы разбиваются, отливки очищаются от остатков противопригарной краски, удаляются литники.
Литье в кокиль
В приборостроении литье в кокиль (кокиль – это металлическая форма, имеющая защитную огнеупорную облицовку на рабочей поверхности) применяют в серийном и массовом производстве.
Экономическая целесообразность кокильного литья зависит от стойкости металлической формы
Качественные параметры отливок: точность 12…13 квалитет, шероховатость поверхности – Rz =80…20 мкм.
Преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта:
1. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 – 3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения.
2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.
3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.
4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленная многократностью использования кокиля.
Литье в кокиль следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.
5.Литье по выплавляемым моделями
Литье по выплавляемым моделям применяют в приборостроении для изготовления отливок различной сложности из любых сплавов массой от нескольких граммов до нескольких килограммов с толщиной стенок 0,4-20 мм, точностью размеров до 12 квалитета и шероховатостью поверхности до Rz =20 мкм. Способ применяют при любом виде производства.
Преимущества чугунного литья
Чугунное литье отличается от отливок из других материалов рядом преимуществ, таких, как:
Характеристики и применение чугуна
Важно отметить, что при использовании современных методов литья дешевле получается не только сама отливка, но и конечная продукция. Многие производства, в конце 20 века заменившие чугунные детали своих изделий на стальные, вернулись или планируют вернуться к проверенному временем материалу на новом этапе его развития.