Способы литья металлов. Литье на современном производстве. Основные недостатки метода литья в оболочковые формы

Способность металла в расплавленном виде заполнять любые полости человек использует уже много лет для изготовления различных изделий.

В наше время существуют различные методы литья металлов , которые отличаются друг от друга технологией, поскольку для каждого материала нужно создать определенные условия, чтобы он мог заполнять все полости заранее подготовленной формы. Это связано с разной жидкотекучестью металлов – параметром, который характеризует способность расплава быстро растекаться.

Рассмотрим подробно, какие методы литья металлов сейчас используются в промышленности, и какие детали или заготовки можно получить при их помощи.

Самые популярные методы литья металлов:

• Литье в землю;


• Литье в кокиль;


• Центробежное литье;


• Электрошлаковое литье;


• Литье под давлением;


• Статическая заливка.

Чтобы понять, в чем заключаются особенности каждого из методов, познакомимся с их технологиями.

Литье металлов в землю

Это процесс знаменит с древних времен, в наши дни он используется преимущественно для изготовления единичных отливок.

Самое главное преимущество технологии литья металла в землю – ее невысокая стоимость, а недостаток – высокая трудоемкость.

Процесс начинается с того, что в специальном цеху изготавливают модель будущей отливки, для этого используют дерево и другие материалы.

Затем готовится формовочная смесь, она содержит в своем составе землю и другие добавки. После этого изготавливается литейная форма, в которую и заливается расплав.

После остывания заготовку извлекают из формы и отправляют на дальнейшую обработку, ее очищают пескоструйным методом или шлифуют, чтобы полностью удалить остатки формовочной земли.

Для такого литья лучше всего подходит чугун, поскольку он имеет отличную жидкотекучесть, также используются и другие металлы.

Литье металла в кокиль

Данный метод литья заключается в том, что форма (кокиль), состоящая из двух частей, одна из которых содержит стержень, соединяется перед началом процесса.

Жидкий металл заливается в форму, там он быстро остывает, и уже через несколько минут получается готовая отливка, которую можно извлекать.

Для этого метода также используются только те материалы, которые обладают хорошей жидкотекучестью, а для других видов подходит литье под давлением.

Литье металла под давлением

Заполнение формы металлом в этом случае осуществляется под высоким давлением воздуха или поршня. Применение давления помогает материалу принимать даже самую сложную конфигурацию формы, заполнять ее тончайшие канавки и повторять все изгибы.

Такие методы литья металлов требуют особенно прочных форм, которые изготавливаются из стали.

Центробежное литье

Для этого способа литья используются формы из песка или металла. Особенность заключается в том, что они вращаются вокруг оси вертикально или горизонтально во время процесса.

Расплав заливается в форму и под действием центробежных сил заполняет ее периферию, затем он затвердевает.

Таким методом целесообразнее всего изготавливать трубы, кольца и подобные элементы.

Электрошлаковое литье

Жидкий металл для этого вида литья получают при помощи электрошлакового переплава.

В качестве литейной формы используется кристаллизатор из меди с водным охлаждением, в него и попадает металл после плавления, не соприкасаясь с воздухом.

Статическая заливка металла

Это самый простой способ, при котором расплав заливается в неподвижную форму до полного ее заполнения. Затем он застывает и извлекается.

Методы литья металлов такого типа позволяют изготавливать отливки самой простой формы.

Достоинства и недостатки технологии литья металлов

Изготовление металлических изделий при помощи литья имеет свои преимущества и недостатки.

К преимуществам можно отнести относительную простоту технологий и высокую производительность, также хорошее качество полученных отливок.

Явными недостатками являются: потребность в применении специальных плавильных печей, большая энергоемкость процессов, невозможность применения метода к определенным видам металла.

Несмотря на это, многие промышленные предприятия пользуются технологией для изготовления самых различных деталей.

Кроме того, в последнее время появились технологии, позволяющие максимально автоматизировать все процессы, что сделало их менее трудоемкими.

Презентация оборудования и технологий для литья металлов на специализированной выставке

В ЦВК «Экспоцентр» весной пройдёт .

На мероприятии международного класса экспоненты из разных стран мира представят новейшие методы литья металлов и других технологий обработки, продемонстрируют оборудование и инструменты, познакомят гостей со своими последними разработками.

Заказать электронные билеты можно прямо сейчас, чтобы не пропустить самое важное событие года в области металлообработки.

Развитие массового производства отливок привело к совершенствованию известных и разработке новых специальных способов литья. Перед литейным производством стоит задача получения отливок с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам готовой детали, при этом наиболее трудоёмкая операция механической обработки должна быть ограничена лишь чистовой обработкой и шлифованием. Это можно достичь усовершенствованием и внедрением специальных, более точных способов литья таких как литьё в кокиль, литьё под давлением, центробежное литьё, литьё по выплавляемым моделям, литьё в оболочковые формы и др.

При производстве точных отливок в разовые формы исключается или уменьшается механическая обработка отливок. К таким спо­собам литья относится литье в оболочковые формы, по выплав­ляемым моделям, литье в гипсовые и стеклянные формы, литье по пенополистироловым моделям.

В полупостоянных формах (из шамота, металлокерамики, графита), без их разрушения можно получить несколько десят­ков и даже сотен отливок.

В металлической форме можно изготовить несколько тысяч отливок с размерами большой точности. К литью в металлические формы относятся литье в кокиль, центробежное литье, литьё под давлением и др.

5.1.1. Литьё в песчаные формы.

Для изготовления крупно габаритных деталей сложной формы, при мелкосерийном и единичном производстве, применяется литьё в песчаные формы. На Рис.4.1 приведён пример последовательности изготовления отливки, корпуса вентиля, в песчаную форму. По чертежу детали разрабатывают чертёж отливки Рис.1а. В модельном цехе изготовляют из древесины или металла модель состоящую из двух или более частей, в зависимости от конструктивных особенностей детали, обеспечивающих её извлечение из формовочной смеси. Модель имитирует внешние обводы детали и посадочные места стержня (знаки 1) , которыми стержень фиксируется в литейной форме. В формовочном цехе одну половину модели устанавливают на модельную плиту, с закреплённой на ней нижней. опокой 4 литейной формы.

Опока представляет собой прямоугольный ящик и является частью литейной формы. Опоку, с находящейся внутри моделью, засыпают формовочной смесью и уплотняют её. Опоку снимаю с плиты, переворачивают на 180 0 Рис.5.1.в и устанавливают вторую половину модели с литниковой системой 2, а также верхнюю опоку 3. Верхнюю опоку 3,

Рис.5.1 засыпают формовочной смесь и уплотняют её.

В стержневом ящике рис.5.1г изготавливают стержень рис.5.1д, имитирующий внутреннюю полость литой заготовки и форму

знака, т.е. место его фиксации в форме. В качестве материала используется стержневая смесь, из которой и формуется стержень.

Верхнюю опоку снимают, извлекают из обеих полуформ модель детали и литниковой системы, стараясь не нарушить целостность отформованной смеси. Устанавливают в нижнюю полу форму стержень 6 рис.5.1.е и закрывают её верхней полуформой. Полость, образовавшаяся между стержнем и формовочной смесью верхней и нижней полу формами, через литниковую систему заполняется расплавленным металлом.

Рис.5.2

После затвердевания металла форма разбирается и отливка извлекается. Литую заготовку очищают от формовочной смеси, выбивают стержни, отрезают и зачищают литники. Форма может состоять как из двух, так и нескольких опок. На рис.5.2. показаны формы для получения литой заготовки шкива. Формирование внешних обводов детали осуществляется в следующей последовательности.

Формование нижней части заготовки производится в нижней опоке 3, которую

устанавливают на модельную плиту. На модельной плите закрепляют модель, которая имитирует отливку до плоскости разъёма опок. На опоку устанавливают наполнительную рамку и опоку заполняют формовочной смесью. Формовочную смесь уплотняют прессованием, встряхиванием или с помощью специальных машин, пескомётных или пескострельных.

После формовки опоку аккуратно снимают с модельной плиты и переворачивают на 180 0 . Модель должна иметь такую форму, чтобы не происходило разрушение формовочной смеси при извлечении модели из опоки, т.е. предусмотрены необходимые уклоны. Устанавливают модель втулки 4, стояка 6 , выпора 5 рис.5.2.а и формуют верхнюю полуформу.

После уплотнения формовочной смеси снимают верхнюю полуформу, извлекают из неё модель стояка, выпора, а из нижней модель отливки. Перед сборкой полуформ устанавливают стержни 1 и 2, которые служат для формирования в отливке центрального отверстия и кольцевого углубления. Стержни изготовляют из специальных формовочных смесей обеспечивающих большую газопроницаемость, прочность, противопригарность.

В единичном производстве туже самую деталь можно изготовить в трёх опоках, плоскости разъёма которых проходят по торцевым поверхностям шкива. При таком формовании исключается изготовление одного из стержней 2. Модель втулки 4 и фланца 8 делают разъёмными, чтобы их можно было извлечь из формовочной смеси в процессе разборки опоки и извлечения модели. Средняя опока 10 обеспечивает изготовление кольцевого углубления шкива.

5.1.2. Литьё в металлические формы.

Литьё в металлические формы (кокиль) имеет преимущества перед литьём в песчаные формы: снижается себестоимость процесса литья и трудоёмкость механической обработки литых заготовок; повышаются механические свойства сплавов и производительность труда. Применяется данный метод в основном в

серийном и крупносерийном производстве. Недостатком данного метода является высокая трудоёмкость изготовления металлической формы.

На Рис5.3 приведена конструкция кокиля, состоящая из двух половин (1 и 4). Рабочая полость(10) имитирует внешние обводы литой заготовки, а песчаные стержни (5) внутренние полости и отверстия.

Аналогично, как и в песчаных формах, в кокиле предусматривают каналы для литниковой системы (8) , выпоры, для удаления газов. Для координации двух половин кокиля относительно друг друга устанавливают штыри (15 и 3), которые входят в направляющие отверстия второй половины кокиля. Полученная литая заготовка выталкивается из кокиляРис.5.3 толкателями через отверстия (9). На рабочем столе кокиль крепят приливами (7). Кокиль может выдерживать большее число заливок, в зависимости от температуры заливаемого сплава. Конструкция литой детали должна иметь относительно простую форму, позволяющую производить разъединение двух половин кокиля после отвердения металла литой заготовки. В противном случае в кокиле необходимо предусматривать место для установки дополнительных песчаных стержней, формирующих сложную поверхность.

5.1.3. . Литьё по выплавляемым моделям.

Этот метод позволяет получать отливки по разовым моделям (выплавляемым, выжигаемым, растворимым) в многослойных, неразъёмных, огнеупорных формах. Детали, получаемые этим способом, могут не требовать последующей механическойобработки, иметь очень сложную конфигурацию и высокое качество поверхности. Метод достаточно трудоёмкий и его целесообразно применять при изготовлении деталей со сложной и трудоёмкой механической обработкой, при использовании труднообрабатываемых материалов. Суть метода заключается в следующем. Для получения модели по чертежу отливки рис.5.4а изготавливают металлическую или пластмассовую пресс форму Рис.5.4.б, как правило, разъёмную, с каналами для литниковой системы. Расплавленный в печи Рис.5.4 в легкоплавкий сплав, состоящий из 50% парафина и 50% стеарина, заливают в пресс- форму Рис.5.4 г.

Рис.5.4 .

Затвердевшую модель Рис.4.4.д извлекают из пресс формы и собирают в блок Рис.5.4е состоящий из нескольких моделей соединённых общей литниковой системой.

Собранный блок погружают в огнеупорную суспензию, посыпают сухим песком и сушат на воздухе

Операция повторяется несколько раз пока не получат форму толщиной 5-8 мм. Рис.5.4.ж. Парафиновую модель, из полученного блока, выплавляют горячим воздухом при 120-150 0 С, паром или горячей водой. Полученную таким образом форму прокаливают, при этом она превращается в прочную керамическую оболочку. На рис.5.4. представлена технологическая последовательность изготовления литейной формы.

Форму заливают расплавленным металлом Рис.5.4.з и после отвердевания отливки выбивают её из формы, разрушая керамическую оболочку. Для полной очистки от керамической формы отливки обрабатывают щелочным раствором и промывают в горячей воде.

В последние годы в литейном производстве повсеместно внедряются специальные способы литья, имеющие ряд преимуществ по сравнению с традиционным литьем в разовые песчано-глинистые формы. Удельный вес отливок, получаемых специальными способами, неуклонно увеличивается.

К специальным способам относят литье: а) в постоянные металлические формы (кокиль), б) центробежное, в) под давлением, г) в тонкостенные разовые формы, д) по выплавляемым моделям, е) корковое, или оболочковое, ж) электрошлаковое литье.

Специальные способы литья позволяют получать отливки более точных размеров с хорошим качеством поверхности, что способствует уменьшению расхода металла и трудоемкости механической обработки; повысить механические свойства отливок и уменьшить потери от брака; значительно снизить или исключить расход формовочных материалов; сократить производственные площади; улучшить санитарно-гигиенические условия и повысить производительность труда.

Большинство операций при специальных способах литья легко поддается механизации и автоматизации.

Экономическая целесообразность замены литья в разовые песчано-глинистые формы тем или иным специальным способом зависит от масштаба производства, формы и размеров отливок, применяемых литейных сплавов и т.п. Она определяется на основе тщательного технико-экономического анализа всех затрат, связанных с новым технологическим процессом.

Одним из наиболее распространенных является литье в кокиль . Кокилем называют цельную или разъемную металлическую форму, изготовленную из чугуна или стали.

Кокили предназначены для получения большого количества одинаковых отливок из цветных или железоуглеродистых сплавов. Стойкость кокилей зависит от материала и размеров отливки и самого кокиля, а также от соблюдения режима его эксплуатации. Ориентировочно стойкость чугунных кокилей составляет 200000 оловянно-свинцовых, 150000 цинковых, 50000 алюминиевых или 100 .5000 чугунных отливок. Кокили целесообразно применять как в массовом, так и в серийном производстве (при партии отливок не менее 300 .500 штук).

Перед заливкой металла кокили подогревают до температуры 100 .300 °С, а рабочие поверхности, контактирующие с расплавленным металлом, покрывают защитными обмазками. Покрытие обеспечивает увеличение срока службы кокиля, предупреждение приваривания металла к стенкам кокиля и облегчение извлечения отливок. Подогрев предохраняет кокиль от растрескивания и облегчает заполнение формы металлом. В процессе работы необходимая температура кокиля поддерживается за счет теплоты, выделяемой заливаемым металлом. После затвердевания отливку извлекают вытряхиванием или при помощи выталкивателя.

Кокильное литье позволяет снизить расход металла на прибыли и выпоры, получать отливки более высокой точности и чистоты поверхности, улучшить их физико-механические свойства. Вместе с тем этот способ литья имеет и недостатки. Быстрое охлаждение металла затрудняет получение тонкостенных отливок сложной формы, вызывает опасность появления у чугунных отливок отбеленных труднообрабатываемых поверхностей.

Литье под давлением - один из наиболее производительных методов получения точных фасонных отливок из цветных металлов. Сущность способа заключается в том, что жидкий или кашицеобразный металл заполняет форму и кристаллизуется под избыточным давлением, после чего форму раскрывают и отливку удаляют.

По способу создания давления различают: литье под поршневым и газовым давлением, вакуумное всасывание, жидкую штамповку.

Наиболее распространено формообразование отливок под поршневым давлением - в машинах с горячей или холодной камерой сжатия. Сплавы, применяемые для литья под давлением, должны обладать достаточной жидкотекучестью, узким температурно-временным интервалом кристаллизации и химически не взаимодействовать с материалом пресс-форм. Для получения отливок рассматриваемым способом используют цинковые, магниевые, алюминиевые сплавы и сплавы на основе меди (латуни).

Литьем под давлением производят детали приборов: барабанчики счетных машин, корпусы фотоаппаратов и корпусные детали массой до 50 кг, головки цилиндров мотоциклетных двигателей. В отливках можно получать отверстия, надписи, наружную и внутреннюю резьбу.

Рис.5 Специальные способы литья

а – под давлением; б – центробежный.

На рис.5, а показана последовательность получения отливки на поршневой машине (с холодной вертикальной камерой сжатия). Расплавленный металл подается порцией в вертикальную камеру прессования 2. При движении вниз поршень 1 давит на металл, перемещает вниз пяту 4, в результате чего открывается питательный канал 3 и металл поступает в полость пресс-формы 5. После заполнения пресс-формы и выдержки в течение 3-30 с поршень и пята поднимаются, при этом пята отрезает литник и выталкивает пресс-остаток б. Подвижная часть пресс-формы 8 отходит вправо, и отливка 7 легко извлекается. Внутренние полости и отверстия в отливках выполняются с помощью металлических стержней.

Перед началом работы пресс-форму подогревают и смазывают. В процессе работы поддерживается необходимая температура и пресс-форма периодически смазывается.

Пресс-формы изготовляют из легированных инструментальных сталей (3Х2В8, ХВГ, Х12М и др.) и подвергают закалке с высоким отпуском. Стоимость пресс-формы в 3 .5 раз превышает стоимость кокиля.

Стойкость пресс-форм в зависимости от размеров и формы отливок составляет при литье из цинковых сплавов 300 .500 тыс. отливок, из алюминиевых - 30 .50 тыс., медных - 5 .20 тыс. отливок. Производительность поршневых машин достигает 500 отливок в час.

В условиях массового производства экономически оправдано применение литья под давлением, так как этот способ позволяет снизить трудоемкость получения отливок в 10 .12 раз, а трудоемкость механической обработки - в 5 .8 раз.

За счет высокой точности изготовления и обеспечения повышенных механических свойств отливок, полученных под давлением, достигается экономия до 30 .50 % металла по сравнению с литьем в разовые формы. Создается возможность полной автоматизации процесса.

Центробежный способ литья применяется главным образом для получения полых отливок типа тел вращения (втулок, обечаек для поршневых колец, труб, гильз) из цветных и железоуглеродистых сплавов, а также биметаллов. Сущность способа состоит в заливке жидкого металла во вращающуюся металлическую или керамическую форму (изложницу). Жидкий металл за счет центробежных сил отбрасывается к стенкам формы, растекается вдоль них и затвердевает.

При рассматриваемом способе литья отливки получаются плотными, очищенными от газов и неметаллических включений, с мелкозернистой структурой.

Центробежное литье высокопроизводительно (за I ч можно отлить 40 .50 чугунных труб диаметром 200 .300 мм), дает возможность получать полые отливки без применения стержней и биметаллические отливки последовательной заливкой двух сплавов (например, стали и бронзы).

Наряду с высокой производительностью и простотой процесса центробежный способ литья по сравнению с литьем в стационарные песчано-глинистые и металлические формы обеспечивает более высокое качество отливок, почти устраняет расход металла на прибыли и выпоры, увеличивает выход годного литья на 20 .60 %.

К недостаткам способа следует отнести высокую стоимость форм и оборудования и ограниченность номенклатуры отливок.

Литье по выплавляемым (вытапливаемым) моделям состоит в следующем. Металл заливают в разовую тонкостенную керамическую форму, изготовленную по моделям (также разовым) из легкоплавящегося модельного состава. Этим способом получают точные, практически не требующие, механической обработки отливки из любых сплавов массой от нескольких граммов до 100 кг.

Точность размеров и чистота поверхности получаемых отливок таковы, что позволяют сократить объем механической обработки или отказаться от нее, что особенно важно при изготовлении деталей из труднообрабатываемых сплавов;

Технология производства отливок по выполняемым моделям включает следующие этапы: изготовление пресс-форм для моделей; получение восковых моделей запрессовкой модельного состава в пресс-формы; сборка блока моделей на общий питатель (в случае мелких отливок); нанесение огнеупорного покрытия на поверхность единичной модели или блока; вытапливание моделей из огнеупорных (керамических) оболочек-форм; прокаливание форм; заливка металла в горячие формы.

Разъемные пресс-формы изготовляют из стали или других сплавов по чертежу детали или ее эталону с учетом усадки модельной массы и металла отливки.

Модельный состав (например, из парафина с добавками церезина, нефтяного битума, канифоли, полиэтилена) в пастообразном состоянии запрессовывают с помощью шприца или на запрессовочном станке.

Полученные модели извлекают из пресс-форм и облицовывают в несколько слоев огнеупорным покрытием, окуная несколько раз в связующий состав и обсыпая кварцевым песком. Каждый слой покрытия подсушивается. Модель мелких отливок перед нанесением покрытия собирают в блоки, соединяя их (припаивая) с общей литниковой системой, а затем облицовывают блок.

Вытапливание моделей из керамических оболочек производится горячим воздухом или горячей водой. Модельный материал собирается для повторного использования, а полученная керамическая литейная форма с гладкой рабочей поверхностью поступает на прокаливание. Последнее необходимо для придания форме механической прочности и окончательного удаления модельного материала. Форму помещают в стальной ящик, засыпают кварцевым песком, оставляя литниковую чашу доступной для заливки металла, и прокаливают при температуре 850 .900 °С.

Заливка металла производится в горячую форму, что способствует улучшению жидкотекучести металла и позволяет получать сложнейшие тонкостенные отливки.

После охлаждения отливку очищают от слоя огнеупорного покрытия ударами вручную или на пневмовибраторах. В полостях и отверстиях остатки формы удаляются выщелачиванием в кипящем растворе едкого натра, затем отливку промывают в теплой воде с добавлением соды.

Отделение литниковой системы от отливок может производиться на токарных и фрезерных станках, вулканитовыми абразивными кругами и на вибрационных установках.

Литьем по выплавляемым моделям получают разнообразные сложные отливки для автотракторостроения, приборостроения, для изготовления деталей самолетов, лопаток турбин, режущих и измерительных инструментов.

Стоимость 1т отливок, получаемых по выплавляемым моделям, выше, чем изготовляемых другими способами, и зависит от многих факторов (серийности выпуска деталей, уровня механизации и автоматизации литейных процессов и процессов механической обработки отливок).

В большинстве случаев снижение трудоемкости механической обработки, расхода металла и металлорежущего инструмента при применении точных отливок взамен поковок или отливок, полученных другими способами, дает значительный экономический эффект. Наибольший эффект достигается при переводе на литье по выплавляемым моделям деталей, в структуре себестоимости которых большую долю составляют затраты на металл и фрезерную обработку, особенно при применении труднообрабатываемых конструкционных и инструментальных материалов.

Внедрению литья по выплавляемым моделям уделяется большое внимание, так как большинство операций легко поддается механизации и автоматизации. Совместными усилиями работников научно-исследовательских институтов и передовых заводов создаются высокоэффективные автоматические линии и автоматизированные цехи для литья по выплавляемым моделям.

Литье в оболочковые формы применяется для получения отливок массой до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов. Тонкостенные (толщина стенки 6 .10 мм) формы изготовляют из песчано-смоляной смеси: мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной синтетической смолы (3 .7 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100 .120 °С (горячий способ), в результате чего смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Затем смесь дополнительно дробится до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер. Формовка производится по металлическим моделям.

Модель в литниковой системе закрепляют на подмодельной плите, нагревают до температуры 200 .250 °С и наносят на их рабочую поверхность тонкий слой разделительного состава. После этого модельной плитой закрывают горловину бункера (модель внутри) и поворачивают его на 180°. Смесь падает на нагретую модель, смола плавится и через 15 .25 с на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. Бункер снова поворачивают на 180°, оставшаяся смесь осыпается на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой помещается в печь для окончательного твердения при температуре 300 .400 °С в течение 40 .60 с. При помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели.

Скрепление (сборка) полуформ осуществляется металлическими скобами, струбцинами или быстротвердеющим клеем. Аналогичным способом изготовляют песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи чугунной дробью или сухим песком и заливают металлом, После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20 .40 % снизить массу отливок и на 40 .60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз. Этим способом получают ответственные детали машин- коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т. п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

Несмотря на большую стоимость песчано-смоляной смеси, по сравнению с песчано-глинистой, при массовом и серийном производстве отливок достигается значительный экономический эффект.

Литье в оболочковые формы применяют для изготовления деталей преимущественно из сплавов на основе железа (чугуна, углеродистой и нержавеющей стали), а также из медных и специальных сплавов.

На Киевском мотоциклетном заводе так отливают ребристые цилиндры из модифицированного хромоникелевого чугуна, на Горьковском автозаводе в оболочковых формах получают коленчатые залы из высокопрочного чугуна.

3. Изготовление изделий давлением

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ - формование металлических материалов механическими средствами без снятия стружки.

Обработка металлов давлением - группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации. Основные виды О. м. д.: прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка. О. м. д. также применяется для улучшения качества поверхности.

Внедрение технологических процессов, основанных на О. м. д., по сравнению с др. видами металлообработки (литьё, обработка резанием) неуклонно расширяется, что объясняется уменьшением потерь металла, возможностью обеспечения высокого уровня механизации и автоматизации технологических процессов.

О. м. д. могут быть получены изделия с постоянным или периодически изменяющимся поперечным сечением (прокатка, волочение, прессование) и штучные изделия разнообразных форм (ковка, штамповка), соответствующие по форме и размерам готовым деталям или незначительно отличающиеся от них. Штучные изделия обычно подвергаются обработке резанием. Объём удаляемого при этом металла зависит от степени приближения формы и размеров поковки или штамповки к форме и размерам готовой детали. В ряде случаев О. м. д. получают изделия, не требующие обработки резанием (болты, винты, большинство изделий листовой штамповки).

Наряду с формообразованием обработка давлением может улучшать качество и механические свойства металла. Обработка металлов давлением производится либо в "горячем" (нагретом), либо в "холодном" (соответствующем комнатной температуре) состоянии. При обработке давлением многих металлов и сплавов сначала производится горячая обработка, позволяющая использовать повышенную пластичность нагретого материала, а затем следует окончательная обработка в холодном состоянии, обеспечивающая высокое качество поверхности и точные размеры. Основные методы обработки металлов давлением - ковка, штампование, прокатка, прессование.

Ковка и штампование . Ручная ковка была исторически первым из применяемых до сих пор способов формоизменяющей обработки металлов. Первый паровой молот, появившийся в 1843, деформировал металл силой падения груза, а пар служил для поднятия последнего. Вслед за таким молотом простого действия в 1888 появился молот двойного действия, верхняя "баба" которого при движении вниз дополнительно разгоняется силой пара. Ковка и объемное штампование могут выполняться на молоте или на прессе. Ковка бывает свободная и в штампах. Штампы объемного штампования молотовые и для горячештамповочных прессов состоят из верхней (закрепляемой на верхней головке молота или пресса) и нижней частей, на соприкасающихся поверхностях которых имеются ручьи для последовательного формообразования изделий. Штампы для листового штампования (вырубные, пробивные, гибочные и др.) состоят из двух основных деталей - матрицы и входящего в нее пуансона, а иногда одна и та же часть штампа служит и пуансоном, и матрицей.

Прокатка. Обжатие прокаткой - самый распространенный процесс обработки металлов давлением. Хотя "отцом" современных методов прокатки принято считать Г.Корта, первый прокатный стан которого относится приблизительно к 1783, исторические документы свидетельствуют о том, что золото и серебро для чеканки монет прокатывались в листы во Франции еще в 1753. Существует много разных типов прокатных станов, но практически во всех таких установках обжатие осуществляется двумя валками, вращающимися навстречу друг другу. Валки захватывают заготовку, и из них она выходит, уменьшившись по толщине и увеличившись в длине. Возникающее при этом боковое, или поперечное, уширение в большинстве случаев незначительно. Названия прокатного стана обычно указывают на вид производимой продукции: блюминговый, слябинговый, листопрокатный, полосовой, толстолистовой. В соответствии с температурой прокатываемого металла различают станы горячей и холодной прокатки.

Прессование. Многие металлы и сплавы при повышенных температурах настолько пластичны, что их можно выдавливать под прессом через отверстие матрицы, как зубную пасту из тюбика. Таким методом прессования выдавливанием, или экструзии, можно изготавливать изделия сложного поперечного сечения. Экструзией получают, например, прутки, трубы, фасонные изделия, покрывают свинцовой оболочкой кабель. Прессованием без истечения осуществляют, в частности, операции глубокой вытяжки - превращения плоской заготовки в гильзу.

Прошивка. Операция прошивки применяется при изготовлении бесшовных труб из литых цилиндрических заготовок и экструдированных прутков. Нагретая заготовка захватывается двумя косыми (коническими) валками прошивного стана, вращающимися навстречу друг другу, и надвигается в процессе поперечно-винтовой (геликоидальной) прокатки на оправку, закрепленную посередине между валками. Из разнообразных устройств для производства бесшовных труб наиболее известен прошивной стан Маннесмана. Прошивке поддаются далеко не все металлы и сплавы, но сталь, медь и некоторые сплавы на основе меди достаточно пластичны для такой обработки, требующей очень большой деформации.

Волочение. Прутки и проволока. Диаметр прутка, полученного экструзией или прокаткой, можно уменьшить, протянув его сквозь отверстие волочильной доски (волки, или матрицы). Протягиванием через ряд волок с последовательно уменьшающимися отверстиями можно получить пруток малого диаметра. Точно так же из прутка самого малого диаметра можно получить проволоку. Обжатие проволоки, особенно очень тонкой, часто производится непрерывным протягиванием ее через ряд волок, число которых может достигать 12.

Трубы. Волочение труб обычно применяется для уменьшения наружного диаметра трубы или толщины ее стенки либо и для того и для другого. Холодное волочение обеспечивает гладкую поверхность трубы, точные размеры и улучшенные механические свойства. Такое "редуцирование" при калибровке труб осуществляется волочением через волоку с несколько уменьшенным отверстием, в центре которого закреплена оправка. Уменьшение толщины стенки трубы определяется диаметром оправки.

Выдавливание. Выдавливанием на токарнодавильном станке формуют тонкий металл, прижимая его к вращающейся оправке. Такой метод пригоден лишь для изготовления симметричных изделий кругового поперечного сечения. Для выдавливания изделий меняющегося по оси диаметра необходимы разборные оправки, допускающие съем готового изделия.

4. Изготовление неразборных соединений

Автоматическая сварка под флюсом. Сущность процесса состоит в том, что сварочная дуга 2 горит между электродной проволокой 1 и свариваемым изделием 9 под слоем сыпучего флюса 6. Теплотой дуги расплавляются основной металл, сварочная проволока и флюс. Проволока в зону горения дуги подается механически, а автомат с помощью электродвигателя движется вдоль свариваемых кромок, такой процесс сварки называется автоматическим; если же механизирована только подача проволоки, то это – механизированная сварка под флюсом. Расплавляясь, флюс образует флюсогазовый пузырь 3 и жидкий шлак 5. Расплавленный металл 4 в процессе охлаждения кристаллизуется с образованием сварного шва 8. Почти одновременно с кристаллизацией расплавленного металла твердеет расплавленный флюс - жидкий шлак, образуя шлаковую корку 7 (рис. 1). Давление в газовом пузыре составляет 5-9 г/см3 (0,5-0,9 кПа). Если в процессе сварки дуга вырывается наружу, то это указывает на недостаточный слой флюса. Разновидности сварки под флюсом представлены на рис. 2, при этом виде сварки достигается высокая производительность труда и обеспечивается получение равнопрочного шва с основным металлом.

Рис. 1. Схема процесса автоматической сварки под флюсом:

1 - электрод, 2 - сварочная дуга, 3 - флюсогазовый пузырь, 4 - расплавленный металл, 5 - жидкий шлак, 6 - флюс, 7 - шлаковая корка, 8 - сварной шов, 9 - свариваемое изделие

Рис. 2. Разновидности сварки под флюсом:

а - однодуговая, б - однодуговая с расщепленным электродом, в - двухдуговая, г - трехфазной дугой;

1 - свариваемое изделие, 2 - флюс, 3 - сварочные провода, подводящие сварочный ток от источника питания к сварочной дуге, 4 - электрод

Электрошлаковая сварка. Сущность процесса заключается в следующем. В начальный период под флюсом возникает сварочная дуга, за счет теплоты дуги флюс расплавляется и образуется электропроводный шлак, который должен обладать значительным омическим сопротивлением. Сварочная дуга после расплавления флюса с образованием электропроводного шлака угасает - шунтируется, а ток, проходя по электропроводному расплавленному шлаку, выделяет такое количество теплоты, которое достаточно для плавления последующей порции флюса, основного металла и проволоки. Расплавленный металл сварочной ванны, кристаллизуясь образует сварной шов (рис. 3, б).

Рис. 3. Схема электрошлаковой сварки:

1 - электрод, 2 - свариваемый металл, 3 - расплавленный флюс - электропроводный шлак, 4 - расплавленный металл, 5 - медные ползуны, 6 - подача воды для охлаждения ползунов, 7 - сварной шов, 8 - флюс; Vсв - скорость сварки

Практически этот процесс (рис. 3, а) происходит между кромками основного металла 2, которые располагаются вертикально с большим зазором. Для формирования шва, т. е. для удержания расплавленного металла сварочной ванны, по обе стороны соединения устанавливаются медные ползуны 5, охлаждаемые водой. В зону сварки подается электродная проволока 1, которая под слоем флюса 8 и возбуждает горение сварочной дуги.

Преимущества этого вида сварки:

возможность сварки за один проход металла большой толщины;

не требуется удаление шлака и настройки режима сварки для выполнения последующего прохода, как это делается при других видах сварки;

возможность выполнения сварки без разделки кромок и исключение разбрызгивания металла;

возможность использования для сварки практически неограниченного количества электродов (проволок);

исключение термической обработки сварного шва при сварке сталей, склонных к образованию усадочных трещин;

высокая производительность и экономия флюса.

Недостатки этого вида сварки:

возможность сварки металла толщиной не менее 16 мм;

сварка практически возможна только в вертикальном положении;

возможно образование неблагоприятных структур за счет термической обработки шва и зоны термического влияния.

По виду электрода электрошлаковая сварка делится на сварку проволочным, пластинчатым электродом и плавящимся мундштуком; по наличию колебаний электрода - без колебаний и с колебаниями электрода; по количеству электродов с общим подводом сварочного тока - на одноэлектродную, двухэлектродную и многоэлектродную.

Электронно-лучевая сварка . Этот вид сварки выполняется в камерах с разрежением до 10-4-10-6 мм рт. ст. Па. Теплота образуется за счет бомбардировки поверхности металла электронами, имеющими большие скорости, анодом является свариваемая деталь, а катодом - вольфрамовая спираль.

Электронно-лучевая сварка может выполняться без колебаний и с колебаниями электронного луча. По направлению колебаний различают электронно-лучевую сварку с продольными, поперечными, вертикальными и сложными колебаниями электронного луча.

Газовая сварка основана на плавлении свариваемого и присадочного металлов высокотемпературным газокислородным пламенем. В качестве горючего для сгорания в кислороде применяют ацетилен, водород, пропан-бутановую смесь, пары керосина, бензина, городской, природный, светильный, нефтяной, коксовый и другие газы.

Световая сварка по виду источника света подразделяется на солнечную, лазерную и искусственными источниками света. В практике пока в основном находит применение только лазерная сварка. Этот вид сварки основан на применении специального светового луча, который плавит металл. Для получения сильного светового луча используют лазерные установки.

Термитная сварка состоит в том, что свариваемые детали помещают в огнеупорную форму, а в установленный сверху тигель засыпают термит - порошкообразную смесь алюминия с железной окалиной. При горении термита развивается высокая температура (более 2000ºС), образуется жидкий металл, который при заполнении формы оплавляет кромки свариваемых изделий и заполняет зазор, образуя сварной шов.

Контактная сварка . При этом виде сварки место соединения разогревается и расплавляется теплотой, выделяемой при прохождении электрического тока через контактируемые места свариваемых деталей; при приложении в этом месте сжимающего усилия образуется сварное соединение. По форме сварного соединения различают точечную, шовную, стыковую, рельефную, шовно-стыковую контактную сварку и сварку по методу Игнатьева. Точечная сварка в свою очередь разделяется на одно-, двух- и многоточечную.

Стыковая сварка по характеру протекания процесса делится на сварку с прерывистым и непрерывным оплавлением и сварку сопротивлением. Контактная сварка может выполняться постоянным, переменным и пульсирующим током. По виду источника энергии контактная сварка подразделяется на конденсаторную, аккумуляторную, энергией, накопленной в магнитном поле и в мотор-генераторной системе.

Диффузионная сварка осуществляется за счет взаимной диффузии атомов контактирующих частей при относительно длительном воздействии повышенной температуры и незначительной пластической деформации.

Газопрессовая сварка основана на нагревании концов стержней или труб по всей длине окружности многопламенными горелками до пластического состояния или плавления и последующего сдавливания стержней внешним усилием.

Ультразвуковая сварка основана на совместном воздействии на свариваемые детали механических колебаний ультразвуковой частоты и небольших сжимающих усилий.

Сварка трением . При вращении одного из стержней и соприкосновении его торца с торцом закрепленного стержня концы стержней разогреваются и с приложением осевого усилия свариваются.

Холодная сварка основана на способности срастания кристаллов металла при значительном давлении.

Индукционно-прессовая сварка . Этот вид сварки основан на разогреве токами высокой частоты концов стыкуемых стержней или труб до пластического состояния с последующим приложением осевых усилий для получения неразъемного соединения.

5. Технологии обработки металлов

Большинство деталей машин изготовляется путем обработки резанием. Заготовками таких деталей служат прокат, отливки, поковки, штамповки и др.

Процесс обработки деталей резанием основан на образовании новых поверхностей путем деформирования и последующего отделения поверхностных слоев материала с образованием стружки. Та часть металла, которая снимает­ся при обработке, называется припуском. Или, говоря иначе, припуск - это избыточный (сверх чертежного размера) слой заготовки, оставляемый для снятия режущим инструментом при операциях обработки резанием.

После снятия припуска на металлорежущих станках обрабатываемая деталь приобретает форму и размеры, соответствующие рабочему чертежу детали. Для уменьшения трудоемкости и себестоимости изготовления детали, а также ради экономии металла, размер припуска должен быть минимальным, но в то же время достаточным для получения хорошего качества детали и с необходимой шероховатостью поверхности.

В современном машиностроении имеется тенденция снижать объем обработки металлов резанием за счет повышения точности исходных заготовок.

Основные методы обработки металлов резанием. В зависимости от характера выполняемых работ и вида режущего инструмента различают следующие методы обработки металлов резанием: точение, фрезерование, сверление, зенкерование, долбление, протягивание, развертывание и др. (рис. 12).

Точение - операция обработки тел вращения, винтовых и спиральных поверхностей резанием при помощи резцов на станках токарной группы. При точении (рис. 12.1) заготовке сообщается вращательное движение (главное движение), а режущему инструменту (резцу) - медленное поступательное перемещение в продольном или поперечном направлении (движение подачи).

Фрезерование - высокопроизводительный и распространенный процесс обработки материалов резанием, выполняемое на фрезерных станках. Главное (вращательное) движение получает фреза, а движение подачи в продольном направлении - заготовка (рис. 12.2).

Сверление - операция обработки материала резанием для получения отверстия. Режущим инструментом служит сверло, совершающее вращательное движение (главное движение) резания и осевое перемещение подачи. Сверление производится на сверлильных станках (рис. 12.3).

Строгание - способ обработки резанием плоскостей или линейчатых поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает изогнутый строгальный резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) - заготовка. Строгание производится на строгательных станках (рис. 12.4).

Долбление - способ обработки резцом плоскостей или фасонных поверхностей. Главное движение (прямолинейное возвратно-поступательное) совершает резец, а движение подачи (прямолинейное, перпендикулярное главному движению, прерывистое) - заготовка. Долбление производят на долбежных станках (рис. 12.5).

Шлифование - процесс чистовой и отделочной обработки деталей машин и инструментов посредством снятия с их поверхности тонкого слоя металла шлифовальными кругами, на поверхности которого расположены абразивные зерна.

Главное движение вращательное, которое осуществляется шлифовальным кругом. При круглом шлифовании (рис. 12.6) вращается одновременно и заготовка. При плоском шлифовании продольная подача осуществляется обычно заготовкой, а поперечная подача - шлифовальным кругом или заготовкой (рис. 12.7).

Протягивание - процесс, производительность при котором в несколько раз больше, чем при строгании и даже фрезеровании. Главное движение прямолинейное и реже вращательное (рис. 12.8).

При изготовлении деталей из труднообрабатываемых материалов резанием все большее место занимают электрические и химические методы обработки. Это объясняется особыми физико-механическими свойствами этих материалов, прежде всего высокими прочностью и твердостью, достигающими или даже превышающими эти показатели у современных инструментальных материалов, что делает невозможным в ряде случаев экономически эффективное применение обычного метода резания. Кроме того, электрические и химические методы позволяют изготовлять поверхности сложных форм, обеспечивают более высокие точность обработки и качество поверхности, что повышает эксплуатационные характеристики изготовляемых деталей.

В приборостроении особое значение имеют электронноионные методы обработки (элионика), т. е. применение электронных и ионных лучей для изготовления интегральных схем и полупроводниковых приборов. Электронография делает возможным получение структур субмикроскопических размеров.

Электрическими называют способы обработки, использующие электрическую энергию непосредственно для технологических целей путем подвода ее в зону обработки без промежуточного превращения в другие виды энергии. Преобразование электрической энергии в другой вид энергии (тепловую, химическую и др.) происходит непосредственно в обрабатываемом материале. В соответствии с этим электрические методы обработки разделяют на

электротермические , использующие преимущественно тепловое действие электрического тока

электрохимические, использующие его химическое действие,

электроэрозионные , использующие эрозионное действие тока,

электромеханические , использующие его механическое действие.

Электрохимическая обработка (ЭХО) осуществляется с помощью постоянного тока низкого напряжения в среде движущихся токопроводящих жидкостей - электролитов. Снятие материала удаляемого слоя происходит вследствие его анодного растворения, т. е. преобразования электрической энергии в энергию химических связей; в результате этого материал снимаемого слоя превращается в легко удаляемые из зоны обработки химические соединения.

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) осуществляется посредством импульсного электрического газового разряда, вызывающего эрозионное разрушение материала снимаемого слоя.

Электромеханическая обработка (ЭМО) использует механическое действие электрического тока; так, электрогидравлическая обработка использует действие ударных волн, возникающих в результате импульсного пробоя жидкой среды, электромагнитное формование - импульсное формоизменение силами взаимодействия магнитного тока проводника с магнитным полем, индуцированным в заготовке.

Лучевые методы обработки (JIMO) основаны на использовании для съема материала от воздействия сфокусированного луча с высокой плотностью энергии; удаление материала происходит путем испарения вследствие преобразования электрической энергии непосредственно в тепло.

Химическими называют способы обработки, использующие химическую энергию непосредственно для технологических целей; в этом случае обработку детали, т. е. снятие определенного слоя металла, осуществляют в химически активной среде. Сюда относится, например, химическое фрезерование.

Химическими называются методы обработки материалов, в которых снятие слоя материала происходит за счет химических реакций в зоне обработки. Достоинства химических методов обработки:

а) высокая производительность, обеспечиваемая относительно высокими скоростями протекания реакций, прежде всего отсутствием зависимости производительности от величины площади обрабатываемой поверхности и ее формы;

б) возможность обработки особо твердых или вязких материалов;

в) крайне малое механическое и тепловое воздействие в процессе обработки, что делает возможным обработку деталей малой жесткости с достаточно высокой точностью и качеством поверхности.

Размерное глубокое травление (химическое фрезерование) является наиболее распространенным методом химической обработки. Этим методом целесообразно пользоваться для обработки поверхностей сложных в плане форм на тонкостенных деталях, получения трубчатых деталей или листов с плавным изменением толщины по длине, а также при обработке значительного числа мелких деталей или круглых заготовок с большим; количеством обрабатываемых мест (перфорация цилиндрических поверхностей труб). Путем местного удаления этим методом из лишнего материала в ненагруженных или малонагруженных можно снизить общий вес самолетов и ракет, не снижая их прочности и жесткости. В США использование химического фрезерования позволило снизить вес крыла сверхзвукового бомбардировщика на 270 кг. Этот метод позволяет создавать новые элементы конструкций, например листы 1 переменной толщины. Химическое фрезерование находит применение также при изготовлении печатных схем радиоэлектронной аппаратуры. В этом случае у панели из изоляционного материала, покрытой с одной или двух сторон медной фольгой, травлением удаляют заданные схемой участки.

Производительность химического фрезерования определяется скоростью удаления материала по глубине. Скорость травления возрастает с повышением температуры раствора примерно на 50-60% на каждые 10° С, а также зависит от вида раствора, его концентрации и чистоты. Перемешивание раствора в процессе травления можно производить сжатым воздухом. Процесс травления определяется экзотермической реакцией, поэтому подача сжатого воздуха несколько его охлаждает, однако в основном постоянство температуры обеспечивается помещением в ванну водяных змеевиков.

Травление методом погружения имеет ряд недостатков - использование ручного труда, частичный пробой защитных пленок на необрабатываемых поверхностях. При обработке ряда деталей более перспективен струйный метод травления, при котором подача щелочи осуществляется форсунками.

Средством повышения производительности химического фрезерования является использование ультразвуковых колебаний с частотой 15-40 кгц; в этом случае производительность обработки увеличивается в 1,52,5 раза - до 10 мм/ч. Процесс химической обработки также значительно ускоряется под воздействием инфракрасного излучения направленного действия. В этих условиях отпадает необходимость в нанесении защитных покрытий, так как сильному нагреву подвергается металл по заданному контуру нагрева, остальные участки, будучи холодными, практически не растворяются.

Комбинированные методы обработки резанием используют для снятия заданного слоя металла одновременное воздействие нескольких, различных по своей физической сущности явлений или совмещение различных способов подвода энергии. Примерами комбинированных методов обработки являются рассмотренные выше способы обработки, основанные на термомеханическом воздействии,- резание с подогревом заготовок; способы обработки, основанные на одновременном механическом и химическом воздействии на срезаемый слой, например механическая обработка с подачей в зону резания активных смазочно-охлаждающих жидкостей. Сюда же относятся рассматриваемая ниже электроконтактная обработка (ЭКО), которая осуществляется удалением материала срезаемого слоя в результате совмещения электротермического, электроэрозионного и механического воздействий. Другим примером является анодно-механическая обработка (АМО) - она использует электрохимическое, электроэрозионное и механическое воздействие на обрабатываемую заготовку. В настоящее время отрабатываются метод анодно-механической обработки труднообрабатываемых материалов с наложением вибраций низкой и ультразвуковой частот, метод вибрационного сверления с вводом постоянного тока в зону резания, электроэрозионная и электрохимическая обработка с ультразвуковыми колебаниями электрода.

В этой лекции рассмотрены основные особенности процессов получения заготовок методом литья, технико-экономические показатели основных способов получения отливок, а так же факторы, определяющие выбор рационального способа изготовления отливки проектируемой детали. Приведены данные о литейных свойствах расплавов и об их влиянии на конструируемые размеры и форму изделия.

13.1 Основные особенности процессов получения отливок

Литье широко применяют для изготовления фасонных от нескольких грамм до сотен тонн. У многих изделий (двигатели внутреннего сгорания, турбины, компрессоры, металлорежущие станки и т.д.) масса литых деталей составляет 60-80% от общей массы. С помощью литья можно получать изделия самой сложной конфигурации, невыполнимые другими методами получения заготовок.
Для характерны пониженная прочность, по сравнению с поковками, различные механические свойства в разных участках отливок, склонность к образованию дефектов и напряжений. Качество отливки зависит от технологии литья и конструкции детали, поэтому конструктор должен знать основные особенности литейной технологии и уверенно владеть приемами, обеспечивающими получение качественных отливок при наименьших производственных затратах.
Оптимальная конструкция литой детали должна наиболее полно соответствовать технологическим возможностям выбранного способа литья в отношении обеспечения минимальной себестоимости и заданных свойств изделия. Качество отливки определяется двумя группами технологических факторов.
Первая группа факторов связана с условиями заливки расплава, качеством изготовления и определяет возможность получения заданной конфигурации, точности и свойств поверхностного слоя отливки.
Вторая группа факторов связана с условиями расплава, охлаждения отливки и определяет возможность получения детали с заданной структурой, а также вероятность появления в ней различных дефектов (раковин, трещин, внутренних напряжений и др.). Эти факторы влияют в основном на физико-механические и связанные с ними эксплуатационные характеристики материала отливки.

13.2. Технико-экономические показатели основных способов получения отливок

Рассмотрим технико-экономические показатели основных способов изготовления отливок - литье в песчаные формы, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, кокильное и центробежное литье, литье под давлением. Последние пять способов называют специальными .
Инструментом для изготовления отливок являются литейные формы, которые классифицируют по числу заливок: разовые и многократно используемые, а также по материалу формы: песчаные, металлические и т.п. В зависимости от числа заливок в формы, существующие способы литья можно разделить на две группы:

ЛИТЬЕ В РАЗОВЫЕ ФОРМЫ

Литье в песчаные формы (ПФ) - самый распространенный способ литья. В машиностроении им изготавливают 75-80% отливок (по массе). Изготовление форм () выполняется путем уплотнения формовочной смеси для получения точного отпечатка модели в форме и придание ей достаточной прочности.
В зависимости от размеров отливки и типа применяют ручную(фильм ) или машинную формовку(фильм ). В песчаных формах можно получать отливки самой сложной конфигурации и массой до нескольких сотен тонн (табл. 13.1).

Таблица 13.1

Технологические возможности основных способов литья

Показатель
Материал отливок		Сталь, чугун, цветные	Сталь, чугун, цветные сплавы	Сталь, чугун, цветные сплавы, спец. сплавы	Сталь, чугун, цветные сплавы	Цветные сплавы	Сталь, чугун, цветные сплавы
Максимальная масса отливок, кг					7000 – чугун, 4000 – сталь, 500 – цветной сплав
Максимальный размер отливки, мм		Неогранич.
Толщина стенок, мм
		Неогранич.					Неогранич.
Класс точности отливок
Шероховатость поверхности, Ra, мм
Минимальный (на сторону), мм
Коэффициент весовой точности, KВТ , %
Относительная себестоимость 1т отливок
Экономически оправданная серийность, шт/год		Неогранич.

ПФ - литье в песчаные формы; ОФ - литье в оболочковые формы; ВМ - литье по выплавляемым моделям; К - литье в кокиль; ПД - литье под давлением; Ц - центробежное литье

В песчаных формах получают преимущественно отливки из стали, чугуна, реже - из цветных металлов. Этот способ широко применяют в единичном и серийном производствах. Применение его в массовом производстве возможно только при высокой степени механизации. Этим способом получают отливки фланцев, крышек, втулок, станин, корпусов насосов, редукторов и др.
Основными недостатками отливок, полученных литьем в песчаные формы, является высокая шероховатость поверхности, обусловленная крупнозернистой структурой формовочной смеси. Кроме того, возможен формовочной смеси к поверхности отливки, и низкая точность вследствие смещения стержней и погрешностей изготовления и сборки отдельных частей формы.
Затруднено изготовление отливок сложной конфигурации, имеющих тонкие стенки, высокие и узкие ребра жесткости, отверстия малого диаметра и другие аналогичные элементы. Получаемые отливки в основном массивные, толстостенные, в которых предусматриваются большие на механическую обработку ответственных поверхностей. Несмотря на то, что себестоимость отливок, получаемых этим способов минимальна, затраты на их механическую обработку больше, чем для заготовок, получаемые специальными способами литья.
Весьма существенным недостатком литья в ПФ является необходимость хранения, транспортировки и переработки больших объемов формовочных смесей (до 10-12 т на 1т. отливок).
Для полного или частичного устранения указанных недостатков применяются способы специального литья.

Литье в оболочковые формы (ОФ) (фильм ) состоит в том, что необходимо изготавливать с помощью нагретой металлической плиты две полуформы толщиной 6…20 мм из формовочной смеси, состоящей из песка и фенолформальдегидной смолы в качестве связующего. Готовые оболочковые полуформы соединяют быстротвердеющим клеем на специальных прессах или скрепляют скобами, предварительно установив в них литейные стержни.
Аналогично могут быть изготовлены оболочковые, используя нагреваемые стержневые ящики. После сборки формы помещают в неразъемные опоки, которые засыпают песком или дробью.
Песчано-смоляная содержит мелкозернистый песок, которая обладает высокой подвижностью в результате наличия расплавленной смолы. Это позволяет получать высокую точность отпечатка и низкую шероховатость поверхностей отливки. При заливке жидкого металла образуется тонкая газовая рубашка, которая предотвращает формовочной смеси. В результате может быть достигнуты точность размеров, соответствующая 4…11 квалитету, при этом параметр шероховатости поверхности достигает значений Rа 40…10 мкм (табл. 13.1.).
Литье в оболочковые формы позволяет уменьшить, по сравнению с литьем в песчаные формы, объем обрубных и очистных работ примерно на 50%, расход металла - на 30-50%, сокращает объем последующей механической обработки на 40-50%, расход формовочной смеси - в 10-20 раз(фильм ). Процесс получения отливки может быть полностью механизирован.
Главным недостатком оболочкового литья является высокая стоимость связующего вещества (фенолформальдегидных смол). Изготовление литейных форм производится с помощью более дорогой металлической. Литье в ОФ применяется в основном для получения отливок деталей таких, как втулки, муфты, фланцы и др. Высокое качество тонкостенных отливок может быть получено из чугуна, углеродистой или легированной стали и цветных металлов.

Литье по выплавляемым моделям (ВМ) (фильм ) является технологическим процессом, для реализации которого применяют цельные модели из легкоплавких материалов на основе парафина, полистирола или других термопластичных полимеров. Модели вместе с элементами литниковой системы покрываются несколькими слоями жидкой формовочной смеси, состоящей из мелкодисперсного огнеупорного материала и связующего (обычно этилсиликата или жидкого стекла), с промежуточной подсушкой каждого слоя. Далее модель выплавляется и получается тонкая пустотелая керамическая оболочка толщиной 1,5…4,0 мм. Литейную форму устанавливают в опоку и засыпают снаружи песком для придания дополнительной прочности при заливке металла. Затем оболочка прокаливается в печи при температуре 900-1000ºС и металл заливается сразу после окончания прокалки, т.е. в горячую форму.
Механическая обработка полученных заготовок сводится к минимуму или может быть полностью исключена. В тоже время - это самый сложный, длительный и трудоемкий способ литья.
Литьем по ВМ экономически выгодно изготавливать сложные по конфигурации заготовки, которым предъявляют высокие требования по точности размеров и шероховатости поверхности. Обычно получают отливки из высоколегированных сталей, цветных сплавов и жаропрочных материалов, плохо обрабатывающихся резанием или обладающих низкими литейными свойствами. Основная часть экономии при этом способе литья достигается за счет уменьшения массы заготовки и объема ее механической обработки резанием.

После создания выплавляемых моделей, по которым будут изготовлены отливки, часто возникает необходимость их оперативного изменения и доработки. Эта проблема успешно решается при помощи современных технологий быстрого прототипирования, которые еще и максимально точно приближают геометрию полученной модели к геометрии ее компьютерного 3D представления.
Прототипирование (Rapid Prototyping - RP) представляет собой технологию быстрого изготовления прототипов отливок, позволяющую по компьютерным объемным моделям(3D) создавать трёхмерные физические изделия без инструментального их изготовления (фильм ). Технология стала доступной благодаря появлению 3D устройств (принтеров), обеспечивающих послойное формирование изделия(модели). Традиционный метод изготовления моделей является трудоемким и не позволяет изготовить модели сложной формы. 3D принтеры формируют геометрически сложные прототипы(модели) с внутренними элементами в течение нескольких часов. Процесс построения автоматизирован и дает возможность получать качественные, сравнительно недорогие изделия в кратчайшие сроки.

Три рассмотренных способа литья при всем их различии имеют одну общую черту - являются одноразовыми и затраты на их изготовление полностью переносятся на стоимость детали. Поэтому естественно стремление использовать многократно-используемые формы в частности, металлические.

ЛИТЬЕ В МНОГОКРАТНО ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ФОРМЫ

Литье в кокиль (К) (фильм ) заключается в использовании металлической - кокиля, который может быть изготовлен и собран с высокой точностью. Высокая стойкость чугунных кокилей в значительной мере окупается их высокой стойкостью: они выдерживают до 8…10 тысяч заливок медных сплавов; десятки и сотни тысяч заливок алюминиевых и магниевых сплавов; 50…500 стальных отливок и 4000…8000 отливок из чугуна.
Литьём в кокиль получают отливки со стабильными и точными размерами (4…11 квалитет), при этом параметр шероховатости может достигать Ra40…10мкм. В связи с большой теплопроводностью материала формы скорость велика. Это повышает механические свойства отливки, за счет получения мелкозернистой структуры, на 10-15%, но затрудняет изготовление отливок с тонкими стенками.
При переходе с литья в ПФ на литье в кокиль расход металла сокращается на 10-20% за счет уменьшения массы литниковой системы. Трудоемкость механической обработки вследствие уменьшения и высокой точности размеров снижается в 1,5-2 раза.
Литье в кокиль имеет ряд технологических особенностей, налагающих жесткие ограничения на конфигурацию отливок. Высокая теплопроводность металлической формы способствует быстрому охлаждению потока расплавленного металла и может вызвать его затвердевание до окончания заполнения. Поэтому литьем в кокиль относительно трудно получить отливки с тонкими стенками, узкими ребрами и другими аналогичными элементами. Это требует высоких температур заливки, которые ухудшают характеристики материала отливки и снижают стойкость кокилей. Можно использовать специальные технологические приемы, например, предварительный разогрев кокиля, нанесение термоизоляционных покрытий (облицовка) на его внутренние поверхности, применение разветвленной литниковой системы со многими питателями и др. Однако все эти мероприятия усложняют технологический процесс, поэтому не всегда целесообразны. Более технологичными являются относительно простые отливки со стенками не тоньше 3 мм (табл.13.1).
Следующее ограничение обусловлено низкой газопроницаемостью металлической формы, что препятствует удалению газов, выделяющихся из расплава при его затвердевании. Следствием этого является повышенная металла отливки, низкая плотность и недостаточная герметичность. Поэтому при проектировании кокилей предусматривают сложную систему вентиляционных каналов, а при заливке вакуумируют форму, расплав и ограничивают номенклатуру используемых сплавов.
Определенные ограничения на конфигурацию деталей налагают требования возможности извлечения отливки из формы и металлических стержней из отливки. Сложные по конфигурации внутренние полости и отверстия часто приходится оформлять песчаными стержнями.
Во всех случаях наиболее технологичными являются отливки из легкоплавких цветных сплавов, при использовании которых обеспечивается максимальная стойкость кокилей.

Центробежное литье (Ц) (фильм ) заключается в заливке жидкого металла во вращающуюся форму (изложницу), которая вращается до окончания металла. Этим способом литья изготавливают заготовки с точностью размеров соответствующим 6…14 квалитету, а шероховатость поверхностей - Ra80…20мкм.
За счет вращения изложницы достигается большая плотность металла отливки, повышается, практически отсутствуют затраты на изготовление стержней. При этом способе литья значительно снижается расход металла, так как отсутствуют или очень мала литниковая система. В результате действия центробежных сил, неметаллические включения скапливаются на внутренней поверхности отливки и могут быть удалены механической обработкой.
К недостаткам центробежного литья следует отнести: неточность размеров, низкое качество внутренней поверхности отливки; сложность получения заготовок из сплавов, склонных к; возможность возникновения продольных и поперечных трещин в результате высоких центробежных сил и затрудненной отливки.
Центробежное литье применяется для изготовления труб, втулок (рис.13 а), маховых и зубчатых колес, ободов (рис. 13 б) и т.п.

Рис. 21.1. Схемы способов изготовления отливок на центробежных машинах
а - с вертикальной осью вращения; б - с горизонтальной осью вращения
1 - заготовка; 2 - разливочный ковш; 3 - изложница; 4 - литейная форма.

В частности, чугунные трубы изготавливают диаметром 50…1000 мм с высокой производительностью. Отливки получают из чугуна, углеродистых и легированных сталей, иногда из цветных сплавов. Возможно получение биметаллических изделий. Технологические возможности этого способа литья приведены в табл. 13.1.

Литье под давлением (Д) (фильм ) состоит в том, что жидкий металл под давлением с большой скоростью заполняет полость металлической пресс-формы и кристаллизуется. Приложение давления способствует лучшей заполняемости, повышает точность размеров отливок, уменьшает шероховатость их поверхности в результате более плотного их контакта с формой и позволяет получать более сложные тонкостенные отливки. В связи с этим можно отлить заготовки толщиной стенок до 0,5 мм, точность размеров которых соответствует 3…8 квалитету, а шероховатость поверхности - Ra 10…2,5 мкм (табл. 13.1)

Рис. 13.1 Cхема установки для литья под давлением
а - заполнение камеры; б - заполнение пресс-формы.

Недостатками литья под давлением являются:
- сложность и длительность изготовления пресс-форм, их высокая стоимость и небольшая стойкость, особенно при изготовлении отливок из сплавов с высокой температурой плавления;
- трудно исключить газовую в отливках, которая не только снижает герметичность, но и не позволяет проводить термообработку изделия;
- низкая податливость формы вызывает возникновение остаточных напряжений;
- сложно изготавливать и извлекать отливки со сложными полостями.
Отмеченные недостатки ограничивают номенклатуру отливок и сплавов, из которых они могут быть изготовлены.
Литьем под давлением получают тонкостенные отливки массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограмм из цинковых, алюминиевых, магниевых и медных сплавов. Возможно изготовление армированных отливок. Наиболее часто этот способ литья применяют в автомобильной, авиационной, электро- и радиопромышленностях, в приборостроении. По сравнению с литьем в песчаные масса отливки снижается в несколько раз.

Штамповка твердожидкого металла . Сущность этого технологического процесса заключается в том, что металлическая литейная форма устанавливается на прессе, производится заливка металла при температуре ниже температуры ликвидуса и прикладывается давление пуансона до 30 МПа и более.
В отличие от литья под давлением, где металл заливается в жидком состоянии, расплава в большинстве случаев происходит в свободном состоянии, а давление влияет на заполнение формы, при штамповке жидкого металла давление пуансона не снижается до окончания процесса кристаллизации. Высокое давление в начальный момент приложения силы способствует полному растворению газов, содержащихся в расплаве, и заполнению расплавом самых узких зазоров пресс-формы. В процессе кристаллизации давление вызывает пластическое деформирование затвердевшего металла и устраняет характерную для литья в металлические формы отливок; измельчает кристаллиты и повышает однородность микроструктуры по сечению заготовок. Кроме того, оливки имеют характеристики сравнимые со свойствами заготовок, полученных обработкой давлением (горячей объемной штамповкой), и достигается самая высокая точность размеров отливок.
Штамповка твердожидкого металла, по существу, является промежуточным способом между литьем и горячей объемной штамповкой. Поэтому требование к технологичности конструкций включает в себя все ограничения, присущие литью под давлением, и дополнительные, которые предъявляют к заготовкам полученным объемной штамповкой.

13.3. Выбор рационального способа литья заготовки проектируемой детали

В процессе проектирования технологичных изделий конструктор должен обеспечить не только их эксплуатационные характеристики, но и оптимизировать расходы на изготовление.
Одну и ту же деталь можно изготавливать из заготовок, полученных различными способами. Основополагающим принципом выбора способа получения отливки является обеспечение максимального приближения ее размеров к проектируемой детали. В этом случае существенно сокращается расход металла, объем механической обработки и производственный цикл изготовления детали. Однако при этом в заготовительном производстве увеличиваются расходы на технологическое оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому при выборе способа получения заготовки следует проводить технико-экономический анализ двух этапов производства - заготовительного и механообрабатывающего.
Основными факторами, определяющими выбор способа получения отливки, являются те же, что и при проектировании деталей, изготавливаемых из поковок. Конструкторско-технологическими признаками изделия являются форма и размеры заготовки; требуемая точность и свойства поверхностного слоя; технологические свойства материала заготовки и программа выпуска изделий.
Формы и размеры заготовки . Литье в песчаные формы и по выплавляемым моделям позволяет получать заготовки сложной формы с различными полостями и отверстиями. В то же время некоторые способы литья (литье под давлением, центробежное литье и др.) выдвигают определенные ограничения к форме отливки и условиям ее изготовления.
Для литья в песчаные формы размеры заготовки практически не ограничены. Нередко ограничивающим параметром в этом случае являются минимальные размеры изделия (например, толщина стенки отливки).
Форма (группа сложности) и размеры (масса) отливок влияют на их себестоимость. Причем масса заготовки влияет активнее, так как с ней связаны расходы на оборудование, оснастку и т.п.
Требуемая точность и свойства поверхностного слоя заготовки . Точность геометрических форм и размеров заготовок существенно влияет на их себестоимость. Чем выше требования к точности отливок, тем выше стоимость их изготовления. Это определяется главным образом увеличением стоимости оснастки, уменьшением допуска на ее износ, применением оборудования с более высокими параметрами точности, увеличением расходов на его содержание и эксплуатацию и др.
Свойства поверхностного слоя заготовки сказывается на возможности ее последующей обработки и на эксплуатационных свойствах детали (например, усталостная прочность, износостойкость). Оно формируется практически на всех стадиях изготовления заготовки. Выбранный способ определяет не только шероховатость, но и физико-механические свойства поверхностного слоя.
В качестве примера сравним заготовки, получаемые литьем в песчаные формы и под давлением. В первом случае получают шероховатую неточную поверхность. При обработке такой заготовки резанием возникает неравномерная нагрузка на инструмент, что, в свою очередь, снижает точность обработки.
Заготовка, полученная литьем под давлением, имеет низкую шероховатость (табл. 13.1), но в связи с высокой скоростью охлаждения и отсутствием податливости в поверхностном слое отливки возникают остаточные напряжения растяжения, которые могут привести к короблению заготовки и образованию трещин.
Технологические свойства материала отливки . Каждый способ изготовления заготовок требует от материала определенного комплекса литейных свойств. Поэтому часто технологические свойства материал накладывает ограничения на выбор способа получения отливки. Так, имеет высокие литейные свойства, поэтому отливки из этого сплава могут быть получены всеми известными способами литья. При получении заготовок из высоколегированных сталей, характеризующихся низкой жидкотекучестью, применяют, как правило, самый дорогой способ - литье по выплавляемым моделям.
Технологические свойства оказывают влияние на себестоимость изготовления отливок. Например, переход при изготовлении отливок от чугуна к стали повышает себестоимость заготовок (без учета стоимости материала) на 20-30%.
Если заготовки из одного и того материала получать различными способами литья, то они будут обладать не идентичными свойствами поверхностного слоя (табл. 22.1). Так, при изготовлении отливок литьем в песчаные формы шероховатость составляет Rа80-20 мкм, а при литье под давлением Rа 10-2,5 мкм.
Тип оказывает влияние на выбор способа получения отливок. Например, в условиях крупносерийного и массового производства рентабельны способы литья с использованием металлических и оболочковых форм. Для получения отливок из труднообрабатываемых материалов в этих условиях возможно применение литья по выплавляемым моделям, а при изготовлении тонкостенных заготовок из цветных сплавов с Т плав. С уменьшением количества одинаковых изделий может окупаться только простая и недорогая оснастка. Так, в мелкосерийном и единичном производстве применяют литье в песчаную форму с использованием деревянных моделей. При этом отливки имеют, напуски и литейные уклоны больше, чем при изготовлении заготовок специальными способами литья. С увеличением программы выпуска отливок становится экономически целесообразно использовать металлические модельные плиты при литье в песчаные формы и изготавливать литейные формы и отливки на автоматических линиях либо применять более дорогие специальные способы литья. В этом случае возможно получение заготовок с высокими свойствами поверхностного слоя и с меньшими допусками размеров и припусками на механическую обработку.
Производственные возможности предприятия . При организации производства нового типа проектируемых деталей, кроме разработки технологических процессов, следует установить необходимость приобретения нового оборудования, производственных площадей, дополнительных материалов и т.п. В этом случае выбор оборудования, оснастки и материалов производится на основании предварительного технико-экономического анализа.
Процесс проектирования изделий, изготовление которых предполагается в условиях действующего предприятия, следует связать с технологическими возможностями. Для этого необходимо располагать сведениями о типе и количестве имеющегося оборудования, производственных площадях, возможностях ремонтной базы, вспомогательных служб и т.д.
Многие из упомянутых факторов взаимосвязаны. Например, внедрение литья в металлические формы позволяет значительно снизить потребность в производственных площадях в литейном цехе, за счет уменьшения габаритных размеров машин, снижения расхода формовочных материалов и т.п. Но, с другой стороны, изготовление и ремонт кокилей требует дополнительных затрат в инструментальных и ремонтных цехах.

13.4. Литейные свойства сплавов и их влияние на конструктивные размеры и форму отливок

К литейным свойствам относят технологические свойства металлов и сплавов, которые проявляются при заполнении формы, кристаллизации и охлаждении отливок в форме. Наиболее важные литейные свойства - это, (объемная и литейная), склонность сплавов к и образованию трещин, поглощению газов, и др.
Жидкотекучесть - это способность металлов и сплавов течь в расплавленном состоянии по каналам, заполнять ее полости и четко воспроизводить контуры отливки.
Жидкотекучесть литейных сплавов зависит от температурного интервала кристаллизации, вязкости и поверхностного натяжения расплава, температуры металла и формы, при заливке и т.д.
Технически чистые металлы и сплавы, кристаллизующиеся при постоянной температуре (эвтектические сплавы), обладают лучшей жидкотекучестью, чем сплавы, образующие твердые растворы и затвердевающие в интервале температур. С увеличением поверхностного натяжения жидкотекучесть уменьшается тем интенсивнее, чем тоньше канал в литейной форме. С повышением температуры заливки расплавленного металла и температуры формы жидкотекучесть улучшается. Увеличение теплопроводности материала формы снижает. Так, песчаная форма отводит тепло с меньшей скоростью, и расплавленный металл заполняет ее лучше, чем металлическую форму.
Жидкотекучесть сплавов зависит также от химического состава: фосфор, кремний и углерод улучшают ее, а сера ухудшает. Серый чугун содержит углерода и кремния больше, чем сталь, и поэтому обладает лучшей жидкотекучестью.
Минимально возможная толщина стенки для различных литейных сплавов не одинакова и составляет при литье в песчаные для отливок из: мелких - 3-4 мм, средних - 8-10 мм, крупных - 12-15 мм; а для отливок из стали - соответственно 6-7 мм, 10-12 мм и 15-20 мм.
Жидкотекучесть металла определяют путем заливки специальных технологических проб и оценивают линейными размерами заполненной полости канала определенной формы. Наибольшей жидкотекучестью обладает серый чугун, наименьшей - магниевые сплавы.
Усадка - свойство литейных сплавов уменьшать объем при затвердевании и охлаждении. Усадочные процессы в отливках протекают с момента заливки расплавленного металла в форму вплоть до полного охлаждения отливки. Различают линейную и объемную усадку, выраженную в относительных единицах.
Линейная усадка - уменьшение литейных размеров отливки при ее охлаждении от температуры, при которой образуется прочная корка, способная противостоять давлению расплавленного металла, до температуры окружающей среды. Линейную усадку определяют соотношением

ε лин =(l ф -l от) . 100% / l ф,

где l ф и l от - размеры полости формы и отливки при температуре 20°С.

На линейную усадку влияет химический состав сплава; температура его заливки; скорость охлаждения сплава в форме; масса, конструкция отливки и литейной формы. Так, уменьшается с увеличением содержания углерода и кремния. Усадку алюминиевых сплавов уменьшает повышенное содержание кремния. Увеличение температуры заливки в форму сплава приводит к возрастанию усадки отливки. Величины линейной усадки литейных сплавов приведены в таблице 13.2.

Таблица 13.2

Линейная усадка сплавов

		Линейная усадка, %
Чугуны: Серые Модифицированные и легированные Высоколегированные Высокопрочные Ковкие Белые	Мелкие Средние Крупные Мелкие Мелкие Мелкие Мелкие	1,0…1,25 0,75…1,0 0,5…0,75 1,25…1,75 0,5…1,25 0,5…2,0 1,5…2,0
Стали углеродистые	Мелкие Средние Крупные	1,8…2,2 1,6…2,1 1,4…1,8
Бронзы (оловянные, безоловянные) и латуни	Мелкие Средние Крупные	1,4…1,6 1,0…1,4 0,8…1,2
Алюминиевые и магнитные сплавы	Мелкие Средние Крупные	0,8…1,2 0,5…1,0 0,3…0,8

Примечание: большие значения усадки относятся к простым отливкам со свободной усадкой, а меньшие - к сложным отливкам с затрудненной усадкой.

Объемная усадка - уменьшение объема сплава при его охлаждении в литейной форме при формировании отливки. Объемная усадка приблизительно равна утроенной линейной усадке и проявляется в отливках в виде усадочных раковин, трещин и коробления.
Усадочные раковины - сравнительно крупные полости, расположенные в местах отливки, затвердевающих последними (рис. 13.1,а). Сначала около стенок литейной формы образуется корка твердого металла. Вследствие того, что усадка расплава при переходе из жидкого состояния в твердое превышает усадку корки, уровень металла в незатвердевшей части отливки понижается до уровня а-а .
В следующий момент времени на корке нарастает новый слой, а уровень жидкости понижается до уровня б-б . Так продолжается до тех пор, пока не закончится процесс затвердевания. Снижение уровня расплава при затвердевании приводит к образованию сосредоточенной усадочной раковины. Сосредоточенные усадочные раковины образуются при изготовлении отливок из технически чистых металлов, сплавов эвтектического состава с узким интервалом кристаллизации.

Рис. 13.2 Схема образования усадочной раковины (а ) и усадочной (б):
1 - корка твердого металла; 2 - новый твердый слой металла; 3 - усадочная раковина;
4 - жидкая фаза; 5 - разобщенные ячейки; 6 - усадочная пористость

Усадочная пористость - скопление пустот, образовавшихся в отливке в обширной зоне в результате усадки в тех местах отливки, которые затвердевали последними без доступа к ним расплавленного металла (рис. 13.1,б). Вблизи температуры солидуса кристаллы срастаются друг с другом. Это приводит к разобщению ячеек, заключающих в себе остатки жидкой фазы. Затвердевание небольшого объема металла в такой ячейке происходит без доступа к ней питающего расплава из соседних ячеек. В результате усадки в каждой ячейке получается небольшая усадочная раковина. Множество таких межзеренных микроусадочных раковин образует пористость, которая располагается по границам кристаллов металла.
Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе вплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливках устанавливают прибыли - резервуары, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающих последними.
Прибыль не всегда может обеспечить доступ расплавленного металла к утолщенному участку отливки (рис. 13.2,а). В этом месте образуется усадочная раковина и пористость. Установка на утолщенный участок прибыли (рис. 13.2,б) предупреждает образование усадочный раковины и пористости.

Рис. 13.3 Способы предупреждения усадочных раковин, пористости и трещин в отливках:
1,3 - прибыли; 2 - усадочная раковина;4 - наружные холодильники;
5 - внутренний холодильник; 6 - отливка

Предупредить образование усадочных раковин и пористости позволяет установка в литейную форму наружных холодильников (рис. 13.2,в) или внутренних холодильников (рис. 13.2,г). Вследствие высокой теплопроводности и большой теплоемкости холодильника отвода теплоты от массивной части отливок происходит интенсивнее, чем от тонкой. Это способствует выравниванию скоростей затвердевания массивной и тонкой частей, а также устранению усадочных раковин и пористости. Внутренние холодильники изготавливают их того же сплава, что и отливку. При заполнении формы внутренние холодильники частично расплавляются и свариваются с металлом отливки.
В отливках в результате неравномерного затвердевания тонких и массивных частей и торможения усадки формой при охлаждении возникают напряжения, которые тем выше, чем меньше податливость формы и стержней. Если величина напряжений превысит предел прочности литейного сплава в данном участке отливки, то в теле ее образуются трещины. Если литейный сплав имеет достаточную прочность, пластичность и способен противостоять действию возникающих напряжений, то при превышении предела текучести искажается геометрическая форма отливки после извлечения ее из.
Горячие трещины в изделиях возникают в процессе кристаллизации и усадки металла при переходе из жидкого состояния в твердое при температуре близкой к температуре солидуса. Горячие трещины проходят по границам кристаллов и имеют окисленную поверхность. Склонность сплавов к образованию горячих трещин увеличивается при наличии неметаллических включений, газов (водорода, кислорода), серы и других примесей. Кроме того, образование горячих трещин в отливках вызывают резкие переходы от толстой части к тонкой, острые углы, выступающие части и т. д. Высокая температура заливки повышает вероятность образования трещин в результате увеличения кристаллов металла и перепада температур в отдельных частях отливки.
Для предупреждения возникновения горячих трещин в отливках необходимо создать условия, способствующие формированию мелкозернистой структуры; обеспечить одновременное охлаждение тонких и массивных частей отливок; увеличивать податливость литейных форм; по возможности снижать температуру заливки сплава.
Холодные трещины возникают в изделиях, когда сплав полностью затвердел. Тонкие части отливки охлаждаются и сокращаются быстрее, чем толстые. В результате в отливке образуются напряжения, которые вызывают появления трещин. Холодные трещины чаще всего образуется в тонкостенных отливках сложной конструкции из сплавов с высокими упругими свойствами и усадкой при пониженных температурах, а также низкой теплопроводностью. Опасность образования холодных трещин в отливках усиливается наличием в сплаве вредных примесей (например, фосфора в сталях).
Для предупреждения образования холодных трещин необходимо обеспечивать равномерное охлаждение отливок во всех сечениях путем использования холодильников, применять сплавы с высокой пластичностью, проводить отжиг отливок и т. п.
Коробление - изменение формы и размеров отливки под влиянием напряжений, возникающих при охлаждении. Коробление увеличивается при малой податливости формы и стержней, усложнении конфигурации отливки и повышения скорости охлаждения, которая вызывает неравномерное охлаждение между отдельными частями отливки и различную усадку. Для предупреждения коробления необходимо создать рациональную конструкцию отливки, обеспечивающую равномерное охлаждение. Применение холодильников (внутренних, наружных) позволяет выравнивать скорость охлаждения массивных и тонких частей отливки.
Ликвация - неоднородность химического состава сплава в различных частях отливки. Она возникает в процессе затвердевания изделия из-за различной растворимости отдельных компонентов сплава в его твердой и жидкой фазах. Чем больше это различие, тем неоднороднее распределяется примесь по сечению отливки. Для уменьшения увеличивают скорость охлаждения заготовки.
Склонность к газопоглощению - это способность литейных сплавов в жидком состоянии растворять кислород, азот и водород. Их растворимость растет с перегревом расплава (температуры заливки). Движение металла в форме мелкими струйками или турбулентными потоками также способствует повышению растворимости газов. При избыточном содержании газов они выделяются из расплава в виде газовых пузырей, которые могут всплывать на поверхность или оставаться в отливке, образуя газовые раковины, пористость или неметаллические включения, снижающие механические свойства и герметичность отливок.
Для уменьшения газовых раковин и пористости в отливках плавку металла следует вести под слоем флюса или в среде защитных газов с использованием хорошо просушенных шихтовых материалов. Кроме того, необходимо увеличивать газопроницаемость формы и стержней, снижать влажность формовочной смеси, подсушивать формы и т. д.
В отливках также могут возникать такие дефекты как недолив, перекос, шлаковые раковины, и др.
Недолив возникает при неправильной конструкции литниковой системы, недостаточной сплава или утечки металла в разъем формы.
Перекос может быть вызван неточной сборкой стержней или формы, случайным сдвигом полуформ, вызванным внешним воздействием.
Для предотвращения искаженной отливок следует проработать более рациональную конструкцию отливки и технологию литья.
Шлаковые раковины образуются при пониженной вязкости шлака, не достаточной эффективности литниковой системы, неправильной или небрежной заливке.
Пригар - поверхностный дефект, возникающий из-за слишком высокой температуры заливки, излишней длительности затвердевания, слабого уплотнения или низкого качества формовочной смеси.
Наружные дефекты отливок обнаруживаются внешним осмотром непосредственно после извлечения заготовок из формы или после их очистки, а внутренние - выявляются радиографическими и ультразвуковыми методами.
При использовании радиографических методов (рентгенографии, гаммаграфии) на отливки воздействуют рентгеновским или гамма-излучением. С помощью этих методов выявляют наличие дефекта, величину и глубину его залегания.
При ультразвуковом контроле волна, проходящая через стенку отливки, при встрече с границей дефекта (трещиной, раковиной и др.) частично отражается. По интенсивности отражения судят о наличии, размерах и глубине залегания дефектов.
Трещины в отливках выявляют люминесцентным контролем, магнитной или цветной дефектоскопией.
Обнаруженные дефекты могут быть исправимы и неисправимы. Так, коробление стальных отливок может быть исправлено правкой. Наружные дефекты заваривают дуговой или газовой сваркой. При недоливе крупных отливок иногда допускается исправление дефектов заливкой жидкого металла. Раковины и пористость устраняют пропиткой или заделывают различными замазками, шпаклевкой или клеями. Неисправимый брак требует пересмотра конструкции отливки или технологии ее получения.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие факторы влияют на качество получаемой отливки?
2. Сформулируйте технологические возможности способов получения отливок в одноразовые и многократно используемые металлические формы.
3. Какие факторы влияют на выбор рационального способа литья для изготовления заготовки проектируемой детали?
4. Какие способы литья вам известны?
5. Какие литейные свойства влияют на качество получаемых отливок? Приведите примеры расплавов с высокими и низкими литейными свойствами.
6. Какие химические элементы влияют на литейные свойства железоуглеродистых расплавов? Какие факторы влияют на жидкотекучесть расплава? Объясните влияние жидкотекучести на конструкцию отливки.
7. Назовите основные факторы, влияющие на усадку в процессе получения отливок. Какие дефекты возникают в заготовках в результате усадки?
8. В результате каких причин возникает коробление отливок при их изготовлении?

Литью поддаются все металлы. Но не все металлы обладают одинаковыми литейными свойствами, в частности жидкотекучестью – способностью заполнять литейную форму любой конфигурации. Литейные свойства зависят главным образом от химического состава и структуры металла. Важное значение имеет температура плавления. Металлы с низкой температурой плавления легко поддаются промышленному литью. Из обычных металлов наивысшая температура плавления у стали. Металлы делятся на черные и цветные. Черные металлы – это сталь, ковкий чугун и литейный чугун. К цветным относятся все другие металлы, не содержащие в значительных количествах железа. Для литья применяются, в частности, сплавы на основе меди, никеля, алюминия, магния, свинца и цинка. СПЛАВЫ.

Черные металлы.

Стали.

Различают пять классов сталей для промышленного литья: 1) малоуглеродистые (с содержанием углерода менее 0,2%); 2) среднеуглеродистые (0,2–0,5% углерода); 3) высокоуглеродистые (более 0,5% углерода); 4) низколегированные (менее 8% легирующих элементов) и 5) высоколегированные (более 8% легирующих элементов). На среднеуглеродистые стали приходится основная масса отливок из черных металлов; такие отливки представляют собой, как правило, промышленную продукцию стандартизованной сортности. Различные виды легированных сталей разработаны для достижения высокой прочности, пластичности, ударной вязкости, коррозионной стойкости, теплостойкости и усталостной прочности. Литые стали по своим свойствам близки к кованой стали. Предел прочности такой стали при растяжении составляет от 400 до 1500 МПа. Масса отливок может изменяться в широком диапазоне – от 100 г до 200 т и более, толщина в сечении – от 5 мм до 1,5 м. Длина отливки может превышать 30 м. Сталь – универсальный материал для литья. Благодаря своей высокой прочности и пластичности она представляет собой превосходный материал для машиностроения.

Ковкий чугун.

Существуют два основных класса ковкого чугуна: обычного качества и перлитный. Делают отливки также из некоторых легированных ковких чугунов. Предел прочности при растяжении ковкого чугуна составляет 250–550 МПа. Благодаря своей усталостной прочности, высокой жесткости и хорошей обрабатываемости он идеален для станкостроения и многих других массовых производств. Масса отливок составляет от 100 г до нескольких сот килограммов, толщина в сечении обычно не более 5 см.

Литейный чугун.

К литейным чугунам относят широкий диапазон сплавов железа с углеродом и кремнием, содержащих 2–4% углерода. Для литья применяются четыре основных вида литейного чугуна: серый, белый, отбеленный и половинчатый. Предел прочности при растяжении литейного чугуна составляет 140–420 МПа, а некоторых легированных литейных чугунов – до 550 МПа. Для литейного чугуна характерны низкая пластичность и низкая ударная прочность; у конструкторов он считается хрупким материалом. Масса отливок – от 100 г до нескольких тонн. Отливки из литейного чугуна применяются практически во всех отраслях промышленности. Их себестоимость невелика, и они легко обрабатываются резанием.

Чугун с шаровидным графитом.

Шаровидные включения графита придают чугуну пластичность и другие свойства, выгодно отличающие его от серого чугуна. Шаровидность включений графита достигается путем обработки чугуна магнием или церием непосредственно перед литьем. Предел прочности при растяжении чугуна с шаровидным графитом составляет 400–850 МПа, пластичность – от 20 до 1%. Правда, для чугуна с шаровидным графитом характерна низкая ударная прочность образца с надрезом. Отливки могут иметь как большую, так и малую толщину в сечении, масса – от 0,5 кг до нескольких тонн.

Цветные металлы.

Медь, латунь и бронза.

Существует много различных сплавов на основе меди, пригодных для литья. Медь применяется в тех случаях, когда необходима высокая тепло- и электропроводность. Латунь (сплав меди с цинком) используется, когда желателен недорогостоящий, умеренно коррозионностойкий материал для изготовления разнообразных изделий общего назначения. Предел прочности при растяжении литой латуни составляет 180–300 МПа. Бронза (сплав меди с оловом, к которому могут добавляться цинк и никель) применяется в тех случаях, когда требуется повышенная прочность. Предел прочности при растяжении литых бронз составляет 250–850 МПа.

Никель.

Медно-никелевые сплавы (типа монель-металла) обладают высокой коррозионной стойкостью. Для сплавов никеля с хромом (типа инконеля и нихрома) характерно высокое тепловое сопротивление. Молибдено-никелевые сплавы отличаются высокой стойкостью к соляной кислоте и окисляющим кислотам при повышенных температурах.

Алюминий.

Литые изделия из алюминиевых сплавов в последнее время применяются все шире благодаря их легкости и прочности. Такие сплавы обладают довольно высокой коррозионной стойкостью, хорошей тепло- и электропроводностью. Прочность на растяжение литых алюминиевых сплавов находится в пределах от 150 до 350 МПа.

Магний.

Магниевые сплавы применяются там, где на первом месте стоит требование легкости. Предел прочности при растяжении литых магниевых сплавов составляет 170–260 МПа.

Титан.

Титан – прочный и легкий материал – плавится в вакууме и отливается в графитовые формы. Дело том, что в процессе охлаждения поверхность титана может загрязняться вследствие реакции с материалом формы. Поэтому титан, отлитый в какие-либо другие формы, кроме форм из механически обработанного и прессованного порошкового графита, оказывается сильно загрязненным с поверхности, что проявляется в повышенной твердости и низкой пластичности при изгибе. Титановое литье применяется главным образом в авиакосмической промышленности. Прочность на растяжение литого титана – свыше 1000 МПа при относительном удлинении 5%.

Редкие и драгоценные металлы.

Отливки из золота, серебра, платины и редких металлов применяются в ювелирном деле, зубоврачебной технике (коронки, пломбы), литьем изготавливаются также некоторые детали электронных компонентов.

СПОСОБЫ ЛИТЬЯ

Основные способы литья таковы: статическая заливка, литье под давлением, центробежное литье и вакуумная заливка.

Статическая заливка.

Чаще всего применяется статическая заливка, т.е. заливка в неподвижную форму. При таком способе расплавленный металл (или неметалл – пластмасса, стекло, керамическая суспензия) просто заливается в полость неподвижной формы до ее заполнения и выдерживается до затвердевания.

Литье под давлением.

Литейная машина заполняет металлическую (стальную) литейную форму (которая обычно называется пресс-формой и может быть многогнездной) расплавленным металлом под давлением от 7 до 700 МПа. Преимущества такого метода – высокая производительность, высокое качество поверхности, точные размеры литого изделия и минимальная потребность в его механической обработке. Типичные металлы для литья под давлением – сплавы на основе цинка, алюминия, меди и олова-свинца. Благодаря низкой температуре плавления такие сплавы весьма технологичны и позволяют обеспечить малые допуски на размеры и превосходные характеристики отливок.

Сложность конфигурации отливок в случае литья под давлением ограничивается тем, что при отделении от пресс-формы отливка может быть повреждена. Кроме того, несколько ограничена толщина изделий; более предпочтительны изделия тонкого сечения, в котором расплав быстро и равномерно затвердевает.

Литейные машины для литья под давлением бывают двух типов – с холодной и горячей камерой прессования. Машины с горячей камерой прессования применяются в основном для сплавов на основе цинка. Горячая камера прессования погружена в расплавленный металл; под небольшим давлением сжатого воздуха или под действием поршня жидкий металл вытесняется из горячей камеры прессования в пресс-форму. В литейных машинах с холодной камерой прессования расплавленный алюминиевый, магниевый или медный сплав заполняет пресс-форму под давлением от 35 до 700 МПа.

Отливки, полученные литьем под давлением, применяются во многих бытовых приборах (пылесосах, стиральных машинах, телефонных аппаратах, светильниках, пишущих машинках) и очень широко – в автомобильной промышленности и в производстве компьютеров. Отливки могут быть массой от нескольких десятков граммов до 50 кг и более.

Центробежное литье.

При центробежном литье расплавленный металл заливается в песочную или металлическую литейную форму, вращающуюся вокруг горизонтальной или вертикальной оси. Под действием центробежных сил металл отбрасывается от центрального литника к периферии формы, заполняя ее полости, и затвердевает, образуя отливку. Центробежное литье экономично и для некоторых видов изделий (осесимметричных типа труб, колец, обечаек и т.д.) более подходит, нежели статическая заливка.

Вакуумная заливка.

Такие металлы, как титан, легированные стали и жаропрочные сплавы, плавятся в вакууме и заливаются в многократные формы, например графитовые, помещенные в вакуум. При этом методе значительно снижается содержание газов в металле. Слитки и отливки, получаемые вакуумной заливкой, весят не более нескольких сот килограммов. В редких случаях большие количества стали (100 т и более), выплавленной по обычной технологии, разливают в вакуумной камере в установленные в ней изложницы или литейные ковши для дальнейшего литья на воздухе. Металлургические вакуумные камеры больших размеров откачиваются многонасосными системами. Получаемая таким методом сталь используется для изготовления специальных изделий ковкой или литьем; этот процесс называется вакуумной дегазацией.

ЛИТЕЙНЫЕ ФОРМЫ

Литейные формы делятся на многократные и разовые (песочные). Многократные формы бывают металлические (изложницы и кокили), либо графитовые или керамические огнеупорные.

Многократные формы.

Металлические формы (изложницы и кокили) для стали делают обычно из чугуна, иногда – из жаростойкой стали. Для литья цветных металлов, таких, как латунь, цинк и алюминий, пользуются чугунными, медными и латунными формами.

Изложницы.

Это наиболее распространенный вид многократных литейных форм. Чаще всего изложницы делают из чугуна и применяют для получения стальных слитков на начальном этапе производства кованой или катаной стали. Изложницы относятся к открытым литейным формам, поскольку металл заполняет их сверху самотеком. Применяются также «сквозные» изложницы, открытые и сверху, и снизу. Высота изложниц может составлять 1–4,5 м, диаметр – от 0,3 до 3 м. Толщина стенки отливки зависит от размеров изложницы. Конфигурация может быть разной – от круглой до прямоугольной. Полость изложницы несколько расширяется кверху, что необходимо для извлечения слитка.

Готовая к заливке изложница располагается на толстой чугунной плите. Как правило, изложницы заполняются сверху. Стенки полости изложницы должны быть гладкими и чистыми; при заливке нужно следить за тем, чтобы металл не расплескивался и не разбрызгивался на стенки. Залитый металл затвердевает в изложнице, после чего слиток вынимают («раздевают слиток»). После остывания изложницы ее чистят изнутри, опрыскивают формовочной краской и используют снова. Одна изложница позволяет получить 70–100 слитков. Для дальнейшей обработки ковкой или прокаткой слиток нагревают до высокой температуры.

Кокили.

Это закрытые металлические литейные формы с внутренней полостью, соответствующей конфигурации изделия, и литниковой (заливочной) системой, которые выполняются путем механической обработки в чугунном, бронзовом, алюминиевом или стальном блоке. Кокиль состоит из двух или большего числа деталей, после соединения которых остается лишь небольшое отверстие сверху для заливки расплавленного металла. Для формования внутренних полостей в кокиль закладываются гипсовые, песочные, стеклянные, металлические или керамические «стержни». Литьем в кокиль получают отливки из сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца.

Литье в кокиль применяется лишь в тех случаях, когда требуется получить не менее 1000 отливок. Ресурс кокиля достигает нескольких сотен тысяч отливок. Кокиль идет в скрап, когда (из-за постепенного выгорания от расплавленного металла) начинает недопустимо снижаться качество поверхности отливок и перестают выдерживаться расчетные допуски на их размеры.

Графитовые и огнеупорные формы.

Такие формы состоят из двух или большего числа деталей, при соединении которых образуется требуемая полость. Форма может иметь вертикальную, горизонтальную или наклонную поверхность разъема либо разбираться на отдельные блоки; это облегчает извлечение отливки. После извлечения форму можно собрать и использовать снова. Графитовые формы допускают сотни отливок, керамические – лишь несколько.

Графитовые многократные формы можно изготовить путем механической обработки графита, а керамические легко формуются, так что они значительно дешевле металлических форм. Графитовые и огнеупорные формы могут использоваться для повторного литья в случае неудовлетворительных отливок, полученных литьем в кокиль.

Огнеупорные формы делают из фарфоровой глины (каолина) и других высокоогнеупорных материалов. При этом используются модели из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразный или гранулированный огнеупор замешивают с глиной на воде, полученную смесь формуют и заготовку литейной формы обжигают так же, как кирпичи или посуду.

Разовые формы.

На песочные литейные формы налагается гораздо меньше всяческих ограничений, нежели на любые другие. Они пригодны для получения отливок любых размеров, любой конфигурации, из любого сплава; они наименее требовательны к конструкции изделия. Песочные формы изготавливают из пластичного огнеупорного материала (обычно кремнистого песка), придавая ему нужную конфигурацию, чтобы залитый металл по затвердевании сохранил эту конфигурацию и мог быть отделен от формы.

Формовочную смесь получают, замешивая на воде в специальной машине песок с глиной и органическими связующими.

При изготовлении песчаной формы в ней предусматривают верхнее литниковое отверстие с «чашей» для заливки металла и внутреннюю литниковую систему каналов для питания отливки расплавленным металлом в процессе затвердевания, так как иначе из-за усадки при затвердевании (свойственной большинству металлов) в отливке могут образовываться пустоты (усадочные раковины).

Оболочковые формы.

Такие формы бывают двух типов: из материала с низкой температурой плавления (гипс) и из материала с высокой температурой плавления (на основе тонкого порошка диоксида кремния). Гипсовую оболочковую форму изготавливают, замешивая на воде гипсовый материал с крепителем (быстроотверждающимся полимером) до тонкой консистенции и облицовывая такой смесью модель отливки. После того как материал формы затвердеет, ее разрезают, обрабатывают и сушат, а затем «спаривают» две полуформы и заливают. Такой способ литья пригоден только для цветных металлов.

Литье по восковым выплавляемым моделям.

Такой метод литья применяется для драгоценных металлов, стали и других сплавов с высокой температурой плавления. Сначала изготавливают пресс-форму, соответствующую отливаемой детали. Ее обычно выполняют из легкоплавкого металла или (механической обработкой) из латуни. Затем, заполняя пресс-форму парафином, пластмассой или ртутью (после этого замораживаемой), получают модель для одной отливки. Модель облицовывают огнеупорным материалом. Материал оболочковой формы получают из тонкого порошка огнеупора (например, пудры диоксида кремния) и жидкого связующего. Слой огнеупорной облицовки уплотняют вибрацией. После того как он затвердеет, форму нагревают, парафиновая или пластмассовая модель расплавляется и жидкость вытекает из формы. Затем форму обжигают для удаления газов и в нагретом состоянии заливают жидким металлом, который поступает самотеком, под давлением сжатого воздуха или под действием центробежных сил (в машине для центробежного литья).

Керамические формы.

Керамические формы изготавливаются из фарфоровой глины, силлиманита, муллита (алюмосиликаты) или других высокоогнеупорных материалов. При изготовлении таких форм обычно пользуются моделями из легкообрабатываемых металлов или из пластмассы. Порошкообразные или гранулированные огнеупорные материалы смешивают с жидким связующим (этилсиликатом) до студнеподобной консистенции. Только что изготовленная форма пластична, так что модель можно извлечь из нее, не повредив полость формы. Затем форму обжигают при высокой температуре и заливают расплавом нужного металла – стали, твердого хрупкого сплава, сплава на основе редких металлов и пр. Такой метод позволяет изготавливать формы любых типов и пригоден как для мелкосерийного, так и для крупносерийного производства.