Технологія виготовлення виробів литтям

     Процес  виготовлення форми називається  формуванням. Розрізняють формування ручне і машинне. Ручне формування трудомістке і вимагає багато часу. До того ж, під час виготовлення форми дуже часто виникають дефекти, тоді форму руйнують і виготовляють знову. Більше 90% разових форм виготовляють машинним формуванням.     

     При машинному формуванні процеси наповнення та ущільнення формової суміші, виймання моделі з форми механізовано. Машинне  формування застосовують у серійному  і масовому виробництвах. Воно забезпечує кращу якість відливка, поліпшення умов праці, підвищення продуктивності, не вимагає високої кваліфікації робітників. Для машинного формування використовують пресові, струшувальні, піскометальні, комбіновані машини.  Виготовляють разові форми з двох (іноді більше) частин. Спочатку виробляють нижню півформу, потім верхню, а далі їх складають. Перед складанням внутрішні поверхні півформ очищають від випадкових частинок формової суміші стисненим повітрям (обдувають) і, якщо у відливку має бути отвір, вставляють стрижень 1 (рис. 1). Далі верхню півформу накладають на нижню. Положення опок у процесі складання форми фіксується штирями 2. Форма готова до заливання.

     Рис. 1. Відливок (а) і форма для його виготовлення (б)    Для підвищення міцності форм, їх іноді підсушують. Це роблять при виготовленні великих відливків.

     Заливають форми металом за допомогою ковшів. Заливання потрібно проводити безперервно і рівномірно. Ливникова чаша має бути повною, струмина металу однакового поперечного перерізу. Форми розміщують зручно для заливання - на підлозі, на конвейєрі, на візках. Далі залиті металом форми подають на охолодження, час якого залежить від маси відливка, виду сплаву, властивостей формової суміші.

     Після охолодження відливки вибивають із форм. Для цього використовують вибивні решітки, коромисла, вібраційні столи. Стрижні вибивають на пневматичних вібраційних машинах. Великі стрижні вимивають сильним струменем води під тиском 3-10 МПа. 

     Відливки, звільнені від форм і стрижнів, подають на обрубування, де видаляють  ливникову систему. А далі їх очищають (щітками, пневматичними зубилами, в обертових барабанах, дробом, піском, водою, стисненим повітрям).             Техніко-економічні показники.

     При такому способі можна виготовляти  будь-які відливки (за формою, розмірами, конфігурацією), технологія виготовлення відливків проста, такий процес можна  організувати на будь-якому підприємстві, відливки мають низьку собівартість. Не можна не наголосити на негативних моментах. Це невисока продуктивність, низька якість відливків, великі припуски на механічну обробку, великі витрати  ливарних матеріалів, низький рівень механізації й автоматизації, велика кількість браку. 

5. Лиття в багаторазові ливарні форми

     Недоліком способів лиття в разові ливарні форми є те, що форми використовують лише один раз і для того, щоб витягнути відливок, форму руйнують.

     У формах багаторазового використання можна  виготовити сотні тисяч штук відливків. Ці форми виготовляють із чавуну, сталі, алюмінієвих та інших сплавів.

       Використання багаторазових форм у ливарному виробництві має ряд переваг порівняно з литтям у разові форми: відсутність стрижневих і фермових сумішей, модельно-опокового обладнання, дільниць для звільнення форми від моделі та вибування форм; зменшення кількості пилу в ливарному цеху та поліпшення санітарних умов праці; обслуговування багаторазових форм не потребує фахових робітників; вища продуктивність праці; отримані відливки мають велику щільність, а також точність розмірів і малу шорсткість поверхні, що скорочує або зовсім вилучає механічне оброблення їх на різальних верстатах.

       Проте лиття в металеві форми має недоліки: велику вартість металевих форм, через що їх застосовують лише в серійному та масовому виробництві; деякі форми трудно виготовити для відливків складної конфігурації тощо.

       Серед відомих способів лиття в багаторазові форми найширше застосовують лиття в кокіль, відцентрове лиття, лиття під тиском тощо. 

1. Лиття в кокіль

     Кокіль - це металева багаторазова форма, для  виготовлення якої використовують чавун  або сталь. У такій формі можна  виготовляти сотні тисяч відливків.

       Кокіль (рис. 2) складається з двох половин 7 і 8, які центруються напрямними штирями 3. У зовнішніх стінках кожної половини для швидкого охолодження кокілю вилито пальці 9. Розплав заливають у чашу 4, і стояком 2 та живильниками 1 він надходить до порожнини форми 10. Для виходу газів зроблено винор 5. Для утворення у відливку отвору служить стрижень 6. Стрижні тут можуть бути металеві та зі стрижневої суміші. Для виходу повітря з форми під час заповнення її рідким металом у площині рознімання на різній висоті прорізують вентиляційні канали завглибшки 0,3-0,5 мм. Перед заливанням поверхню металевої форми ретельно очищають від попереднього облицювання і покривають протипригарними покриттями, щоб ізолювати від стикання з рідким розплавом і збільшити термін її служби, поліпшити поверхню відливка, зменшити швидкість охолодження і запобігти відбілюванню чавуну. Крім того, перед заливанням кокіль нагрівають до 250-300°С.

       Техніко-економічні показники.

     Лиття в кокіль - високопродуктивний процес. У кокілях одержують точні  за розмірами відливки із дрібнозернистою  структурою і хорошими механічними  властивостями. При такому литті  зменшуються площі цеху, поліпшуються умови праці робітників. Цим способом можна одержувати відливки з чавуну, сталі, сплавів кольорових металів. Разом з тим кокілі дорогі, мають низьку газопроникність і піддатливість, що призводить до утворення тріщин, газових раковин. Відливки з сірого чавуну мають відбілену поверхню, що погано обробляється і такі відливки перед обробкою різанням потребують термічної обробки. Такий спосіб лиття вигідний у випадку простих форм відливків. 

       Рис. 2. Металева форма (кокіль) 

     5.2. Відцентрове лиття

      При відцентровому  литті розплав заливають у  форму, що обертається навколо горизонтальної або вертикальної осі (рис. 3). Розплав  відтісняється до стінок форми відцентровою силою. Форму обертають до повного  затвердіння розплаву.

           Рис. 3. Схеми відцентрового  лиття       Процес відцентрового лиття відбувається на машинах з горизонтальною і вертикальною осями обертання. На машинах з горизонтальною віссю обертання отримують відливки значної довжини (труби, гільзи). Швидкість обертання форми забезпечує однакову товщину стінок по довжині. На машинах з вертикальною віссю обертання отримують відливки невеликої висоти, через різницю товщини стінок по висоті.     Техніко-економічні показники.

     При відцентровому литті виготовляють якісні відливки з дрібнозернистою  структурою. Відливки мають підвищену  щільність і міцність у поверхневому шарі. Цим способом можна виготовляти  тонкостінні відливки, безшовні труби  з непластичних сплавів. Цей процес високопродуктивний. Проте відцентровим литтям виготовляють тільки такі відливки, що мають форму тіл обертання. Важко отримувати відливки зі сплавів, схильних до ліквації, а труби із сірого чавуну мають відбілену поверхню. 
 

     5.3. Лиття під тиском

       При цьому способі лиття розплав  заповнює металеву форму під  тиском поршня або стисненого  повітря (рис. 4).

      Рис. 4. Схема  лиття під тиском      Розплав подається порціями у вертикальну камеру пресування 2. При русі вниз поршень 1 тисне на розплав, котрий через живильний канал 3 заповнює порожнину прес-форми 5. Дається невелике витримування до 30 секунд. Залишок розплаву 6 виштовхується п'ятою 4. Далі рухома частина прес-форми 8 відводиться і відливок 7 легко вилучається. Для отримання отворів і внутрішніх порожнин використовують металеві стрижні. Прес-форму, як і кокіль, перед початком роботи підігрівають і змащують. Тиск поршня при пресуванні досягає 200МПа. Машини для лиття під тиском мають холодну і гарячу камеру пресування.

       Техніко-економічні показники. При литті під тиском одержують відливки високої точності (11-13 квалітети), з малою шорсткістю поверхні, складної конфігурації, з тонкими стінками, зі сплавів з поганою рідкотекучістю. Цим способом можна одержувати відливки з різьбою, отворами до 2мм, написами. Процес високопродуктивний: продуктивність сучасних машин при роботі в автоматичному режимі сягає 3000 відливків за годину.

     Лиття під тиском застосовують лише для  сплавів легких металів (алюмінієвих, магнієвих), рідше для цинкових і  мідних, не використовують для сталі  та чавуну. Процес дорогий, тому що прес-форми  виготовляють із дорогих легованих  сталей (вони дорожчі за кокілі у 3-5 разів). Маса відливків не більша 50 кг.

       Якісні відливки можна виготовляти й іншими прогресивними способами - литтям за виплавлюваними моделями, в оболонкові форми, вакуумним засмоктуванням, електрошлаковим.

       Кожен із цих способів має свої особливості, галузі використання, переваги і недоліки.  

6. Дефекти відливків та їх виправлення

     Контроль  якості відливків починають із зовнішнього  їх огляду, потім перевіряють їх розміри, механічні властивості, хімічний; склад та структуру.

     Якщо  відливки не відповідають вимогам; кажуть, що вони браковані. Основними причинами  отримання бракованих відливків  є порушення технології виготовлення ливарних форм, заливання їх розплавом  та звільнення відливків від форм.

     Браковані відливки мають дефекти, основними  з яких є раковини (газові, усадкові, шлакові та ін), тріщини (гарячі, холодні), пошкодження поверхні відливків (пригар,, оксидні плівки, спаї тощо), невідповідність форми, розмірів і маси відливка кресленню виробу (перекіс, недоливи, переливи, короблення тощо). 

     Раковини  виникають з різних причин. Так, газові раковини мають відливки, виготовлені  в сирих формах або у формах, які мають велику здатність виділяти гази та низьку здатність пропускати їх. Погано розкиснений розплав також спричинює утворення газових раковин. Під час різкого переходу від тонкої частини виливка до товстої виникають усадкові раковини та нещільність. Причиною утворення усадкових раковин є надто перегрітий розплав, шлакові раковини спричинені недосконалістю конструкції шлаковловлювачів.

       Тріщини у відливках виникають унаслідок недостатньої податливості форм і стрижнів та нерівномірного охолодження. У першому випадку утворюються гарячі тріщини, у другому-холодні.

     Дефекти поверхні спричинені недостатньою вогнетривкістю фермової та стрижневої сумішей. Унаслідок  цього виникає пригар.

     Доливання форми прохолодним розплавом  призводить до утворення спаю, який погіршує міцність виробу.

     Невідповідність форми, розмірів і маси відливка кресленню  виробу може виникнути з багатьох причин: неточно складена форма і  вставлені стрижні (буде перекіс), заливання  форми прохолодним розплавом (зменшиться його текучість), нерівномірне охолодження  окремих частин відливка (спричинить виникнення внутрішніх напружень і, як наслідок, - короблення). Дефекти поділяють на виправні та невиправні.

       Не виправні дефекти мають великі розміри. Виправляти такі дефекти економічно невигідно. Відливки з такими дефектами переплавляють. Виправні дефекти мають малі розміри, їх економічно, вигідно виправляти. 

7. Високі  технології лиття в Україні

     Україна споконвіку славилася мистецтвом ливарництва. За радянських часів чи не перше місце в світі займали по литтю металу на душу населення. Системна інтеграція вітчизняної економіки в світовий економічний простір, про що свідчить недавній вступ України у ВТО, стимулює розвиток конкурентноздатних технологій в наший країні, зокрема в машинобудуванні при зниженні металоємності і собівартості продукції за рахунок виробництва високоточних деталей-виливків. Статистика випереджаючого зростання оброблювальної промисловості в Україні свідчить про необхідність розвитку металозаготівельної бази на інноваційно-інвестиційній основі.   Інвестиції тоді вигідні, коли вони вкладаються в нову технологію. У ливарній справі стає все популярнішою зручна технологія, коли отримати модель виливка означає вже наполовину отримати виливок. Модель виливка з пінополістиролу (пінопласту), така, як упаковка від телевізора, або разова харчова тарілка, яких штампують мільйонами на автоматах, а плитами пінополістиролу утеплюють зовнішні стіни висотних будинків.