Вакуумное литье металлов

Виды литья металлов и сплавов

Литье – это получение деталей заливкой металлического расплава в заранее подготовленные формы. Металл, залитый в формы постепенно, переходит в твердое состояние и приобретает вид готовой детали.

Литейный процесс

Детали, полученные таким видом обработки, используют практически во всех отраслях промышленности – при производстве авиационных двигателей, станкостроении, бытовой техники, ювелирном деле, стоматологии и пр.

Виды литья

Для такой формы обработки пригодны практически все виды металлов, особенно те, которые обладают таким свойством, как текучесть. То есть металл в жидком состоянии полностью заполняет литейную форму и принимает вид искомой детали. В литейном производстве применяют следующие металлы:

• черные (стали, чугуны);
• цветные (медь, алюминий, титан и их сплавы);
• редкоземельные и драгоценные (золото, серебро и пр.).

Для получения деталей различных форм применяют различные технологии литья, среди них есть такие как – литье в землю, выплавляемым моделям и пр.

В промышленности применяют множество видов литья. Самым распространенным можно назвать литье в землю (песчаные формы). Кроме этого, широко применяют отливку расплавленного металла в многооборотные формы.

Каждый вид литья в состоянии обеспечить определенный уровень качества получаемых деталей. Каждый из них имеет свои технологические и экономические характеристики. Например, для производства канализационных люков из чугуна применяют литье в землю, а для производства корпусов двигателей применяют литье под давлением.

При производстве множества деталей применяют виды получения точных отливок среди них такие, как – статическое, вакуумное, центробежное и пр.

Статическая заливка металла

Статическая заливка подразумевает то, что расплав подается в литьевую форму и находиться в ней до полного затвердевания.

Вид вакуумной заливки применяют при обработке титана и его сплавов, жаростойких и литейных сталей. Эти материалы подвергают разогреву в вакууме. Такой подход позволяет заметно снизить количество газов в расплаве, этот процесс называют вакуумной дегазацией.

Вакуумная установка

Для литья под давлением применяют специальное оборудование, которое заливает расплав в форму под давлением от 7 до 700 МПа. На практике применяют два типа оборудования, в одном применяют холодную форму, во втором разогретую.

Литье под давлением применяют для получения деталей из цветных металлов. Невысока температура плавления, в сравнении со сплавами на основе железа, позволяет получать качественные отливки с относительно невысокими затратами.

Такой вид литья, как под давлением предоставляет возможность получения качественной поверхности отливок, соблюдения геометрических параметров, а также шероховатости и пр.

Использование этого вида обработки металлов практически устраняет из технологического процесса производства деталей необходимость дальнейшей механической обработки.

Но, такая технология не всегда позволяет выплавлять детали сложной формы.

Литье по замораживаемым ртутным моделям

Еще один вид литья выполняют по замораживаемым ртутным моделям. По сути, этот вид повторяет технологию литья по восковым моделям. Но есть и некоторые отличия. Так, ртуть обладает меньшим объемным расширением, чем воск 3,4% против 9%.

Ртутные модели применяют для работы с титаном, особо прочными сталями и некоторыми цветными металлами. Такой вид литья позволяет получать отливки диаметром порядка одного метра и весом до 140 кг.

Порядок производства формы по ртутной модели включает в себя:

Ртуть

1. Заливку ртути, в форму, изготовленную из стали. Такая форма собирается из двух частей и плиты их разделяющей. Такой подход позволяет получить модель по частям.
2. После того как ртуть заполнила форму, ее погружают в смесь, состоящую из сухого льда и ацетона. Температура смеси составляет -73 °C. Погружение должно происходить с небольшой скоростью. Это позволяет не допустить образование пустот, заполнить все углубления и точно повторить все очертания модели.
3. По окончании процесса заморозки, разделяющую плиту удаляют и модель становиться одним целым.
4. Формирование литниковой системы и ее присоединение к полученной модели.
5. Полученную модель погружают в раствор керамики. Так, происходит получение начального слоя оболочки формы.
6. По мере просыхания первого слоя комплект погружают в керамический раствор более высокой плотности. Так получают второй слой. Для получения следующих слоев эту операцию необходимо выполнить несколько раз.
7. После того как форма готова из нее удаляют ртуть. Для этого в форму заливают этот же материал, но имеющим комнатную температуру.
8. Готовая форма должна быть помещена в печь, разогретую до 1010 °C и находится там, в течение двух часов. За это время из нее будут удалены летучие составляющие. После термической обработки форму охлаждают на воздухе.

Процесс литья в формы

Перед тем как заливать металлический расплав в такие формы, ее необходимо подогреть. Заливку такой формы выполняют в вакууме. Это обусловлено тем, в ней остаются пары ртути небезопасные для человека.

Использование такого вида литья позволяет получать отливки с небольшой толщиной стен.

Вакуумное литьё

Технологический процесс литья в вакууме применяют для производства особо точных отливок из стальных специальных сплавов. При выполнении вакуумного литья из формы удаляют газы. Это позволяет получать отливки с тонкими стенками и высоким качеством структуры металла.

Существует несколько видов литья в вакууме:

После удаления воздуха происходит всасывание металла в литьевую форму, которую размещают над расплавленным металлом. Кристаллизация проходит под воздействием атмосферного или повышенного давления.

Расплавленный металл попадает в форму под воздействием давления, при этом форма располагается под расплавленным металлом.

Литье может быть осуществлено в специальном оборудовании, которое оснащено вакуумированными пресс-формами.

Вакуумное литье металлов часто используют одновременно с вакуумной плавкой.

Электрошлаковое литьё

Существуют виды литья металлов, которые в силу своей сложности и дороговизны целесообразно использовать для получения отливок для особо ответственных деталей.

Электрошлаковое литьё

Электрошлаковое литье выполняют в несколько этапов:

1. Создание шихты, для этого применяют предварительно подготовленные электроды.
2. Затем, электроды подогревают снизу. Для этого через токопроводящий шлак пропускают электричество. Оно разогревает шлак, и полученное тепло прогревает электроды.
3. Стальной расплав рафинируют шлаком, который исключает его насыщение кислородом и освобождает его от примесей.
4. В этом процессе применяют формы, выполненные из металла и оснащенные системой водяного охлаждения. Именно в ней происходит остужение металла и формирование детали. Если существует необходимость в получении заготовок с внутренними пустотами, то для этого применяют металлическими стержнями.

Основное достоинство этого вида отливки металла заключается в том, получается расплав без посторонних примесей и равномерной структурой стали. Такой вид плавки применяют для получения специальных сплавов, которые, получить другими видами не получается.

Жаропрочное литье

Жаропрочное литье — это сложный технологический процесс, направленный на изготовление отливок. В процессе жаропрочного литья формы заполняют определенным сплавом и затем обрабатывают специальными средствами.

Жаропрочное литье

Литье это, пожалуй, самый экономичный вид получения заготовок и они отличаются высокими качественными свойствами. Область применения жаропрочного литья весьма обширна. Его выполняют при температуре 1000 °C.

Литье этого типа позволяет продлить срок эксплуатации и повысить надежность узлов и агрегатов, которые работают в агрессивных средах.

При выполнении жаропрочного литья применяют множество приспособлений:

1. решетки;
2. ленты;
3. поддоны;
4. горелки и пр.

Литейное оборудование для жаропрочного литья

Жаропрочное литье позволяет обеспечить получение таких качеств, как:

1. Прочность деталей под воздействием высоких температур.
2. Стойкость к перепадам температур.

Нержавеющее литье

Коррозионно-стойкие стали – это такой вид  материала, в состав, которого входит некоторое количество легирующих элементов, придающие ей стойкость к воздействию коррозии, возникающей и от влаги, и от различных химических веществ.

Основную роль в придании коррозионной стойкости стали играет хром. Именно от его реакции с окружающей средой зависит образование защитной пленки, которая защищает металл от коррозии.

Контроль над правильностью пропорций компонентов нержавеющей стали осуществляется еще на стадии подготовки к плавке.

Нержавеющее литье отличается качеством поверхности, это тоже является важным фактором повышения стойкости стали к воздействию коррозии.

Непрерывное литье

Получение слитков и других изделий, во время перемещения расплава вдоль зон заливки и остывания называют непрерывным литьем. При этом сама литьевая форма может оставаться неподвижной или совершать определенные перемещения.

Такой вид разлива металла позволяет получать отливки неограниченной длины. Но на самом деле длина отливок напрямую зависит от размеров производственного помещения.

Качество получаемого металла напрямую зависит от равномерности скорости перемещения и разлива расплавленного металла, времени кристаллизации и вида удаления отливки. Для ускорения процесса кристаллизации применяют водяное охлаждение.

Еще одно преимущество непрерывной разливки металла – это небольшое количество отходов, получаемых во время работы. Кроме того, эта технология разливки металла позволяет снизить трудоемкость процесса и уменьшить количество необходимо оснастки и инструмента.

Двухкомпонентное литье

Двухкомпонентное литье пластмассы позволяет получать самую разнообразную продукцию. Процесс двухкомпонентного литья выглядит следующим образом:

• В пресс-форму впрыскивают поверхностный материал, который затвердевает на рабочих поверхностях.
• После впрыска и отвердевания материала, который будет располагаться на поверхности в форму, подают базовый материал.

Двухкомпонентное литье

Порядок подачи материала при использовании этой технологии может быть изменен в зависимости от параметров изготавливаемой продукции. Основная особенность такого вида получения деталей – это контроль над количеством материала. Если пропорции не соблюдены, то деталь может быть испорчена.

Вакуумное литье металлов – Справочник металлиста

Литье – это получение деталей заливкой металлического расплава в заранее подготовленные формы. Металл, залитый в формы постепенно, переходит в твердое состояние и приобретает вид готовой детали.

Литейный процесс

Детали, полученные таким видом обработки, используют практически во всех отраслях промышленности – при производстве авиационных двигателей, станкостроении, бытовой техники, ювелирном деле, стоматологии и пр.

Виды литья

Для такой формы обработки пригодны практически все виды металлов, особенно те, которые обладают таким свойством, как текучесть. То есть металл в жидком состоянии полностью заполняет литейную форму и принимает вид искомой детали. В литейном производстве применяют следующие металлы:

• черные (стали, чугуны);
• цветные (медь, алюминий, титан и их сплавы);
• редкоземельные и драгоценные (золото, серебро и пр.).

Для получения деталей различных форм применяют различные технологии литья, среди них есть такие как – литье в землю, выплавляемым моделям и пр.

В промышленности применяют множество видов литья. Самым распространенным можно назвать литье в землю (песчаные формы). Кроме этого, широко применяют отливку расплавленного металла в многооборотные формы.

Каждый вид литья в состоянии обеспечить определенный уровень качества получаемых деталей. Каждый из них имеет свои технологические и экономические характеристики. Например, для производства канализационных люков из чугуна применяют литье в землю, а для производства корпусов двигателей применяют литье под давлением.

При производстве множества деталей применяют виды получения точных отливок среди них такие, как – статическое, вакуумное, центробежное и пр.

Статическая заливка металла

Статическая заливка подразумевает то, что расплав подается в литьевую форму и находиться в ней до полного затвердевания.

Вид вакуумной заливки применяют при обработке титана и его сплавов, жаростойких и литейных сталей. Эти материалы подвергают разогреву в вакууме. Такой подход позволяет заметно снизить количество газов в расплаве, этот процесс называют вакуумной дегазацией.

Вакуумная установка

Для литья под давлением применяют специальное оборудование, которое заливает расплав в форму под давлением от 7 до 700 МПа. На практике применяют два типа оборудования, в одном применяют холодную форму, во втором разогретую.

Литье под давлением применяют для получения деталей из цветных металлов. Невысока температура плавления, в сравнении со сплавами на основе железа, позволяет получать качественные отливки с относительно невысокими затратами.

Такой вид литья, как под давлением предоставляет возможность получения качественной поверхности отливок, соблюдения геометрических параметров, а также шероховатости и пр.

Использование этого вида обработки металлов практически устраняет из технологического процесса производства деталей необходимость дальнейшей механической обработки.

Но, такая технология не всегда позволяет выплавлять детали сложной формы.

Вакуумное литье: технология, установка, оборудование (машина вакуумная, камера) для литья под давлением в формы пластмасс, пластика, металлов

Вакуумное литье подняло литейное производство металлических и пластиковых изделий на новый уровень, на котором сокращаются расходы на материалы и уменьшается время производства. На данном этапе технология вакуумного литья по праву считается одним из самых точных методов выпуска небольших партий изделий и быстрого построения прототипов.

Вакуумное литье

Технология и оборудование для вакуумного литья

Суть технологии – переработка двухкомпонентных полиуретановых реактопластов посредством литья в гибкие силиконовые формы в вакуумной среде.

Ключевая особенность вакуумного литья пластика в силиконовые формы заключается в отсутствии необходимости в трудоемком и дорогостоящем создании металлических пресс-форм.

Это позволяет сократить себестоимость изделий, которые выпускаются в небольших количествах.

Технология и оборудование для вакуумного литья

Среди главных преимуществ вакуумного литья пластмасс стоит выделить следующие:

• Точнейшее воспроизведение фактуры поверхности изделия;
• Получение изделий любых геометрических форм и фактур поверхностей;
• Отсутствие внешних изъянов;
• Пониженная стоимость выпуска партий изделий;
• Кратчайшие сроки выполнения всех технологических работ.

Литейные операции осуществляются в специальных литьевых системах, основными компонентами которых являются вакуумная камера для литья и вакуумный насос.

Также в производстве силиконовых форм и литье в них применяется дополнительное оборудование.

Прежде всего, это термошкаф, в котором материалы могут нагреваться до 40°C перед заливкой; миксер, позволяющий в одно и то же время вакуумировать и перемешивать силикон, устранять воздушные пузыри из него в процессе создания силиконовой оснастки; дозатор силикона, обеспечивающий автоматическое дозирование и подачу данного вещества.

Вакуумное литье пластмасс в силиконовые формы

Рассмотрим основные этапы производства деталей с помощью литья вакуумным всасыванием. На первом этапе создается и подготавливается мастер-модель.

Для создания ее чертежа применяется трехмерная компьютерная графика либо сканируется уже готовый образец. Далее модель распечатывается на 3D-принтере из полимера и корректируется при необходимости.

На сквозные прорези наклеивают особый скотч, формирующий очертания разъема и способствующий получению идеально ровных поверхностей.

Вакуумное литье пластмасс в силиконовые формы

На следующем этапе монтируется опалубка и отливается силиконовая форма. Модель помещают в деревянную опалубку. Из специальных труб сооружают систему, в задачи которой входит наполнение формы силиконом и устранение воздуха.

Двухкомпонентную силиконовую субстанцию перемешивают и на небольшой период времени размещают в вакуумной камере, где из нее удаляются воздушные пузырьки.

Затем силикон вынимают из камеры и заливают в опалубку с моделью, где он и застывает на протяжении приблизительно 16 часов.

После полного застывания силикона опалубку демонтируют, а саму силиконовую форму разрезают особым острым ножом до приклеенного скотча, благодаря которому конструкция разбирается очень просто и быстро. Одну форму можно использовать для отливки десятков изделий из пластмассы. Затем ее нужно заменить.

Для непосредственно литья изделия сначала следует собрать пресс-форму, соединив все ее части и надежно скрепив их. Затем форму фиксируют в вакуумной камере особыми микролифтами.

Функции сырья могут выполнять и обычные термопласты (АБС, полипропилен, полистирол), и эластомеры (полиуретан и пр.). Как правило, это двухкомпонентные смеси, которые плавятся при температуре не выше 180°C.

Использование тех или иных компонентов в том или ином соотношении позволяет получить изделия с разными эксплуатационными качествами (разный уровень гибкости, разная окраска или ее отсутствие).

Смесь располагают в вакуумной камере. Вакуумный насос обеспечивает образование состояния разрежения, при котором смесь перемешивается и освобождается от воздуха. Далее она перенаправляется в форму. Разрежение способствует скорому и легкому втягиванию жидкой смеси полимеров в силиконовую форму.

И, наконец, на последнем этапе изделие охлаждается. Процесс охлаждения начинается в вакуумной камере (примерное время – до 1 часа в зависимости от конкретного полимера), и продолжается уже в естественных условиях на протяжении нескольких часов. Затем готовое изделие вынимают из формы.

Вакуумная машина для литья металлов под давлением

В данном случае литье представляет собой процесс производства изделий посредством заливки расплавленного металла в особую литейную форму, где он охлаждается и, в конце концов, затвердевает, приобретая форму итогового изделия. Полученные детали нашли активное применение в автостроении, станкостроении, при изготовлении бытовой техники, электроники, ювелирных украшений, стоматологических изделий

Вакуумная машина для литья металлов под давлением

При вакуумном литье формы заполняются жидким металлом в вакуумной среде, что приводит к устранению из металла газов. Благодаря этому на выходе получаются более качественные тонкостенные изделия повышенной плотности.

Различают несколько способов производства изделий методом вакуумного литья металлов:

• Металл в вакууме всасывается в форму, которая находится над расплавом, затем кристаллизуется при атмосферном или повышенном давлении;
• Металл в вакууме всасывается в форму, которая находится под расплавом, при металлостатическом давлении;
• Литье происходит в вакууме под давлением (используется специальная вакуумная машина для литья под давлением с использованием вакуумированных пресс-форм);
• Выполняется вакуумная центробежная заливка и пр.

Также часто практикуется литье по выплавляемым моделям (предназначено для выпуска тонкостенных изделий сложных конфигураций).

Вакуумное литье металлов в комбинации с вакуумной плавкой находит все большое применение в производстве изделий из специальных сталей и сплавов.

На сегодня вакуумное литье позволяет получить наиболее высокий уровень качества изделий при мелком или серийном выпуске.

Вакуумное литьё по выплавляемым восковым моделям

Для производства сложных деталей путем литья под давлением выполняется запрессовка материала в специальную пресс-форму. Она точно повторяет конфигурацию элемента будущего изделия и выполнена из материала, который отличается составом, зависящим от параметров будущих изделий.

Для мелких используется эластичный легкий состав (воск, парафин или стеарин), а для крупных – более твердый и прочный (пластмасс, полистирол). Материалы не образуют дефектов – изменений формы вылитого изделия в процессе охлаждения при воздействии давления.

Габариты отливки рассчитываются с припусками на усадку состава.

Готовые единичные формы собираются в блоки и поступают на заливку. На данном этапе подготовленная форма и все элементы литниковой системы (полости детали) покрываются жидкой смесью со связующим наполнителем. Далее выполняется обсыпка формы в несколько слоев.

Каждый пласт отличается фракцией зерна и требует тщательной просушки. В результате формируется плотная оболочковая форма созданного блока. После вытопки ее прокаливают при высокой температуре (около 1000° С) для ликвидации посторонних газообразующих веществ.

Далее, в полученную форму заливается разогретый металл. Содержимое охлаждают и отправляют на выбивку, которая выполняется при помощи молотов. Отливки, полученные этим способом, имеют высокую точность.

Технология практически не имеет недостатков, а ее преимуществом называют возможность производства элементов из сплавов, не поддающихся механической обработке, а также изготовления соединенных отливок с точными размерами, которые необходимы для получения узлов оборудования и не требуют их дополнительной сборки из мелких деталей. Литьё по моделям применяется в опытном, серийном и массовом производстве. Помимо высокой прочности, данные отливки, имеют хорошую чистоту поверхности. Данный способ используют для производства важных узловых деталей.

Этапы литья:

• модель изготавливается из легкоплавкого материала;
• детали собираются в блоки;
• окружаются керамической оболочкой, затвердевающей и образующей форму;
• при дальнейшем нагревании формы, модель отливки плавится и изымается;
• в появившиеся полости (литниковую систему) заливается металл, который в точности повторяет исходную форму всех элементов будущей детали.

Как осуществляется процесс

При серийном производстве мелких или крупных деталей разрабатывается эскиз и чертеж изделия, выполняется макет и пресс-форма, подбирается материал из металла, гипса, огнеупорной глины. Производственный процесс выполняется в следующей последовательности:

1. сборка разъемной литейной формы;
2. разогретая воскообразная масса легкоплавкого вещества (парафин, стеарин, воск) заливается в отверстие формы под давлением 2,5−3 атм;
3. после охлаждения заготовки соединяются в блоки методом пайки с литниковой системой.

Принцип литья по выплавляемым моделям заключается в изготовлении материала на основе неразъемной формы, обеспечивающей высокую точность готового продукта. Выбранный способ литья помогает получить детали с толщиной стенок 0,5 мм из стали тугоплавкого сплава, не поддающегося механической обработке.

Готовый продукт подвергается облицовке суспензией, в состав которой входит кварц пылевой фракции и жидкое стекло или этилсиликат.

Облицовочная жидкость, для приготовления которой используется этилсиликат , содержащий в составе 32 или 40% SiO 2, наносится в несколько слоев. В процессе гидролиза суспензии принимает участие этиловый спирт.

Каждый последующий слой облицовки обсыпается мелким промытым песком из кварца или порошком измельченного маршалита, высушивается, после чего цикл повторяется от 5 до 11 раз.

Модельный состав вытапливается паром, горячей водой или прогревом.

Формирование формы занимает от 2 часов до 2 суток, в конечном результате получается твердая оболочка толщиной до 3 мм, после чего пресс-форма переходит на участок выплавки модели из формы методом разогревания в термическом шкафу при температуре +1200 С…+1500 С или в горячей воде 900 С. После удаления наполнителя форма помещается в опоку и засыпается сухим порошком из кварца, циркона, электрокорунда или магнезита.

На следующем производственном этапе подготовленная форма переносится в термическую печь для выжига остатков легкоплавкой массы и последующей закалки при температуре ~ 9000 С в течение 4 часов.

После завершения прогрева форма заполняется расплавленным металлом, оставляется до охлаждения, отливок удаляется из литниковой системы, подвергается термической обработке и финишной очистке.

Хранят модели в термостате или в холодной проточной воде.

Особенностью огнеупорной суспензии является изменение физического состояния облицовочного раствора при изменении рецептуры. Если в подготовленную чистую суспензию ввести водный раствор щелочи, то запускается процесс затвердения, благодаря которому появляется возможность получения основы для изготовления разъемной керамической формы.

Область применения технологии

Область применения данного метода – изготовление отливок массой от нескольких граммов до десятков килограммов. Это корпуса и элементы приборов, режущий и медицинский инструмент, детали для авто, фото и видеотехники, швейного и текстильного оборудования, для выполнения некоторых элементов художественного литья, а также в ювелирной отрасли.

Выплавляемые модели изготавливают в пресс-формах из парафиновых, восковых, стеариновых составов, включающих жирные кислоты. Данные составы характеризуются высокой эластичностью, полностью заполняют все полости и дают четкий отпечаток.

Использование технологии литья открывает перед инженерами огромный потенциал, дающий возможность проектировать сложные тонкостенные конструкции, соединять единичные детали в компактные цельнолитые узлы.

При этом значительно уменьшается масса и размеры изделий, создаются нестандартные элементы, необходимые в процессе ускоренного развития технического прогресса, усложняются конструкции, видоизменяются, усовершенствуются и корректируются многие комплектующие и узлы. Со временем модифицировался и состав отливок.

В некоторых случаях требовалось создание жаропрочных сплавов, которые удалось получить, в результате использования никеля.

Что такое литье по выплавляемым моделям

Литье по выплавляемым моделям — это способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в неразъемной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая полость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением При этом способе литья в пресс-формы (обычно металлические) запрессовывают легкоплавкий модельный состав (парафин, стеарин, церезин, буроугольный воск, торфяной битум, канифоль, полистирол, полиэтилен, этил-целлюлозу, жирные кислоты, озокерит и др.), который после затвердевания образует модели деталей и литниковой системы.
На рис. 1 приведен один из типовых процессов изготовления отливок (рис. 1, а) . Пресс-форму изготовляют металлической или пластмассовой, разъемной, состоящей из двух частей (рис. 1, б) . В пресс-форме выполняют каналы для литниковой системы. Расплавленный легкоплавкий сплав заливают под небольшим давлением в пресс-форму (рис. 1, в). При этом получают легкоплавкую модель точных размеров. После затвердевания модель (рис. 1, г) вынимают из пресс-формы, собирают в блоки с общей литниковой системой (рис. 1, д) и погружают в огнеупорную суспензию, состоящую из пылевидного кварца, циркона, корунда (70 %) и связующего (обладает большой клейкостью) — коллоидного раствора диоксида кремния (30 %). Затем блок моделей посыпают сухим песком и сушат на воздухе Повторяя эти операции несколько раз, получают форму толщиной 5 . . . 8 мм (рис. 1, е) .

Модели выплавляются из формы с помощью горячего воздуха (120. . .150 °С), пара или горячей воды. Для крупных отливок облицованную и просушенную форму с литниковой системой помещают в металлический жакет и засыпают песком или металлической дробью (рис. 1, ж), хотя можно заливать металл в формы и без опорного наполнителя.

Рис. 1. Последовательность изготовления отливок литьем по выплавляемым моделям: а — будущая отливка; б — пресс-форма; в — пресс-форма, заполненная легкоплавким сплавом; г — легкоплавкая модель; д — легкоплавкие модели с литниковой системой; е — легкоплавкие модели, покрытые слоем огнеупорного материала; ж — заформованные модели; з — модели, залитые металлом

Виды литья: специальные, пластмасс, литье под давлением

В промышленности применяют множество видов литья. Самым распространенным можно назвать литье в землю (песчаные формы). Кроме этого, широко применяют отливку расплавленного металла в многооборотные формы.

Каждый вид литья в состоянии обеспечить определенный уровень качества получаемых деталей. Каждый из них имеет свои технологические и экономические характеристики. Например, для производства канализационных люков из чугуна применяют литье в землю, а для производства корпусов двигателей применяют литье под давлением.

При производстве множества деталей применяют виды получения точных отливок среди них такие, как – статическое, вакуумное, центробежное и пр.

Статическая заливка металла

Статическая заливка подразумевает то, что расплав подается в литьевую форму и находиться в ней до полного затвердевания.

Вид вакуумной заливки применяют при обработке титана и его сплавов, жаростойких и литейных сталей. Эти материалы подвергают разогреву в вакууме. Такой подход позволяет заметно снизить количество газов в расплаве, этот процесс называют вакуумной дегазацией.

Вакуумная установка

Для литья под давлением применяют специальное оборудование, которое заливает расплав в форму под давлением от 7 до 700 МПа. На практике применяют два типа оборудования, в одном применяют холодную форму, во втором разогретую.

Литье под давлением применяют для получения деталей из цветных металлов. Невысока температура плавления, в сравнении со сплавами на основе железа, позволяет получать качественные отливки с относительно невысокими затратами.

Такой вид литья, как под давлением предоставляет возможность получения качественной поверхности отливок, соблюдения геометрических параметров, а также шероховатости и пр.

Использование этого вида обработки металлов практически устраняет из технологического процесса производства деталей необходимость дальнейшей механической обработки.

Но, такая технология не всегда позволяет выплавлять детали сложной формы.

Свойства формовочных смесей

Формовочную смесь характеризуют основные свойства:

Свойства формовочных смесей

Для смесей разных назначений на первый план выходят разные свойства. Так, для облицовочных важны пластичность, огнеупорность и теплопроводность, а для наполнительных важнее прочность и газопроницаемость.

Принципы литья под давлением

Чтобы сделать качественную отливку, недостаточно просто расплавить металл, перелить его в подготовленную заранее форму и дать остыть. Так получится изделие малой прочности, с неровными поверхностями. Чтобы этого избежать, применяется литье под давлением. Технология основана на использовании промышленного оборудования, которое создает рабочую среду для изготовления качественных отливок.

Плавка металла

Виды литья под давлением

Литье под нагрузками — эффективный способ изготовления металлических деталей сложной формы. Расплавленным металлом заполняют специальную камеру, которая предназначена для сжатия материала.

Когда давление поднимается, расплавленная смесь с высокой скоростью заполняет металлическую форму. Камера сжатия может поддерживать температуру плавления материала до 450 градусов.

Выделяется три вида технологического процесса зависимо от скорости заполнения металлической конструкции:

1. Низкая скорость — до 2,5 м/с. Технология применяется для изготовления деталей с толстыми стенками.
2. Средняя скорость — до 15 м/с. Металл заполняет форму турбулентными движениями. Центр отливки заполняется пузырьками воздуха, которые удаляются под воздействием больших нагрузок.
3. Высокая скорость — больше 30 м/с. Расплавленный материал подаётся на такой скорости, что распыляется по поверхности машины. Это захватывает большое количество воздуха, который ухудшает прочность отливки. Чтобы вывести воздух, нагнетаются высокие нагрузки — около 500МПа.

Литье под нагрузкой осуществляется машинами с горячими и холодными камерами.

Сферы применения

Технологический процесс отливки под нагрузками позволяет получать отливки с высоким показателем прочности. Благодаря воздействию высокого давления из изделия выходят пузырьки воздуха, что положительно сказывается на механических свойствах материала. Применение данной технологии:

• изготовление карбюраторов для автомобилей;
• создание сантехнических деталей;
• изготовление частей для бытовых приборов.

Литье под нагрузками применяется при изготовлении деталей для компьютеров, различной электроники.

Преимущества и недостатки метода

Любой технологический процесс имеет как сильные, так и слабые стороны. Преимущества литья под давлением:

1. Изменение свойств отливки. Увеличиваются параметры прочности, твердости материала.
2. Возможность использовать формы для литья несколько раз подряд.
3. Улучшается качество поверхности изделия.
4. Высокая точность соблюдения установленных размеров отливок.
5. Возможность создания тонкостенных изделий (менее 1 мм).
6. Нет дополнительных процессов сборки, разборки, выбивки готовых деталей из форм.
7. Современное оборудование позволяет регулировать скорость поступления расплавленного металла.

Недостатки процесса:

1. Конструкции для заливки быстро изнашиваются, если часто работать с высокими температурами.
2. Крайне сложно изготавливать изделия с отверстиями, выемками, полостями.
3. При охлаждении изделия получают внутреннее напряжение.
4. Нельзя создавать крупногабаритные заготовки, поскольку оборудование ограничено по мощности.

Работая с машинами для литья под давлением, нельзя забывать, что по этой технологии материал набирается воздушных вкраплений. Это ухудшает его прочность, способствует быстрому разрушению. Избавиться от пузырьков воздуха можно увеличивая нагрузки. Однако для этого нужно мощное оборудование.

Размер и масса отливок

Технология литья под низким давлением

Ещё один способ литья подразумевает использование низкого давления. Эта технология обладает определёнными преимуществами:

1. Возможность изготавливать изделия больших размеров, с тонкими стенками.
2. Меньше материала расходуется на литниковую систему.
3. Низкое давление не воздействует разрушительно на стенки пресс-формы, рабочие элементы оборудования.
4. Высокая скорость подачи расплавленного металла позволяет изготавливать крупногабаритные полые детали.

Чаще всего технология литья под низкими нагрузками применяется в черной металлургии.

Оборудование

Когда выполняется технологический процесс, применяется два вида машин для литья под давлением:

1. С горячей камерой. Используются для создания отливок из металлов, которые плавятся от температуры до 450 градусов по Цельсию. Конструкция устроена так, что во время рабочего хода поршня, через который передаётся давление, расплавленный металл сам заполнят пресс-форму. Когда она заполняется до краёв, срабатывает датчик, передающий сигнал на поршень. Он начинает движение вниз. После кристаллизации материала форма раскрывается автоматически. Подвижные механизмы выталкивают отливку наружу. Оборудование работает при сложных условиях. Из-за этого часто выходят из строя разные детали станка.
2. Машины с холодными камерами. Нагнетают небольшое давление (до 100 МПа). Мастер должен залить расплавленный материал в камеру, которая предназначена для прессования. Далее под воздействием нагрузок будущее изделие направляется к пресс-форме. Металл кристаллизуется. После этого подвижные элементы открывают конструкцию для застывания. Из заготовки удаляется стержень, после которого остаётся свободная полость. Пресс выталкивает изделие наружу.

Машины с холодными камерами не позволяют получать тонкостенные детали из-за быстро охлаждения материала.

Машина для литья под давлением

Технический процесс

Литье металлов под давлением имеет несколько этапов, которые должны следовать строго друг за другом. Если технология будет нарушена, результат не будет соответствовать норме. Этапы проведения работ:

1. Изготавливается форма для создания отливок.
2. Она закрепляется на машине.
3. Металл расплавляется и подаётся в камеру для прессования.
4. Под воздействием возрастающих нагрузок, он на высокой скорости переливается в пресс-форму.
5. Далее материал кристаллизуется, одновременно на него начинает воздействовать рабочий поршень.
6. Когда изделие будет готово, удерживающая конструкция автоматически открывается. Подвижные элементы выдавливают детали из машины.

Автоматизированное оборудование требует от мастера контроля за подвижными элементами, проверки заготовок. Изготовление конструкций для создания отливок сложной формы требует точного составления чертежа, использования высокопрочных сплавов, металлов. Они должны выдерживать нагрузку, превышающую 500 МПа.

Литье под давлением — технология, позволяющая изготавливать металлические изделия с тонкими стенками. Применяется в разных отраслях промышленности. Важно знать основные этапы технологического процесса, учитывать используемый материал, возможность оборудования. Высокие нагрузки могут вывести машину из строя, испортить структуру металла.