Способи лиття металів. Лиття на сучасному виробництві. Основні недоліки методу лиття в оболонкові форми

Здатність металу в розплавленому вигляді заповнювати будь-які порожнини людина використовує багато років виготовлення різних виробів.

В наш час існують різні методи лиття металів, які відрізняються один від одного технологією, оскільки для кожного матеріалу потрібно створити певні умови, щоб він міг заповнювати всі порожнини заздалегідь підготовленої форми. Це з різною жидкотекучностью металів – параметром, який характеризує здатність розплаву швидко розтікатися.

Розглянемо докладно, які методи лиття металів зараз використовуються в промисловості, і які деталі чи заготовки можна отримати за їх допомогою.

Найпопулярніші методи лиття металів:

• Лиття в землю;


• Лиття в кокіль;


• Відцентрове лиття;


• Електрошлакове лиття;


• Лиття під тиском;


• Статичне заливання.

Щоб зрозуміти, у чому полягають особливості кожного з методів, познайомимося з технологіями.

Лиття металів у землю

Це процес відомий з давніх часів, у наші дні він використовується переважно для виготовлення одиничних виливків.

Найголовніша перевага технології лиття металу у землю – її невисока вартість, а недолік – висока трудомісткість.

Процес починається з того, що у спеціальному цеху виготовляють модель майбутнього виливка, для цього використовують дерево та інші матеріали.

Потім готується формувальна суміш, вона містить у своєму складі землю та інші добавки. Після цього виготовляється ливарна форма, яку і заливається розплав.

Після охолодження заготовку вилучають із форми і відправляють на подальшу обробку, її очищають піскоструминним методом або шліфують, щоб повністю видалити залишки формувальної землі.

Для такого лиття найкраще підходить чавун, оскільки він має відмінну рідину, також використовуються й інші метали.

Лиття металу в кокіль

Цей метод лиття полягає в тому, що форма (кокіль), що складається з двох частин, одна з яких містить стрижень, з'єднується перед початком процесу.

Рідкий метал заливається у форму, там він швидко остигає, і вже за кілька хвилин виходить готовий виливок, який можна витягувати.

Для цього методу також використовуються тільки ті матеріали, які мають гарну рідину, а для інших видів підходить лиття під тиском.

Лиття металу під тиском

Заповнення форми металом у разі здійснюється під високим тиском повітря чи поршня. Застосування тиску допомагає матеріалу набувати навіть найскладнішої конфігурації форми, заповнювати її найтонші канавки і повторювати всі вигини.

Такі методи лиття металів вимагають особливо міцних форм, які виготовляються із сталі.

Відцентрове лиття

Для цього способу лиття використовують форми з піску або металу. Особливість полягає в тому, що вони обертаються навколо осі вертикально чи горизонтально під час процесу.

Розплав заливається у форму і під дією відцентрових сил заповнює її периферію, потім він твердне.

Таким методом найдоцільніше виготовляти труби, кільця та подібні елементи.

Електрошлакове лиття

Рідкий метал для цього виду лиття одержують за допомогою електрошлакового переплаву.

Як ливарна форма використовується кристалізатор з міді з водним охолодженням, в нього і потрапляє метал після плавлення, не стикаючись з повітрям.

Статична заливка металу

Це найпростіший спосіб, у якому розплав заливається у нерухому форму до її заповнення. Потім він застигає та витягується.

Методи лиття металів такого типу дозволяють виготовляти виливки найпростішої форми.

Переваги та недоліки технології лиття металів

Виготовлення металевих виробів за допомогою лиття має свої переваги та недоліки.

До переваг можна віднести відносну простоту технологій та високу продуктивність, також гарна якістьотриманих виливків.

Явними недоліками є потреба у застосуванні спеціальних плавильних печей, велика енергоємність процесів, неможливість застосування методу до певних видів металу.

Незважаючи на це, багато хто промислове підприємствокористуються технологією виготовлення найрізноманітніших деталей.

Крім того, останнім часом з'явилися технології, що дають змогу максимально автоматизувати всі процеси, що зробило їх менш трудомісткими.

Презентація обладнання та технологій для лиття металів на спеціалізованій виставці

У ЦВК «Експоцентр» навесні пройде.

На заході міжнародного класу експоненти з різних країн світу представлять нові методилиття металів та інших технологій обробки, продемонструють обладнання та інструменти, познайомлять гостей зі своїми останніми розробками.

Замовити електронні квитки можна прямо зараз, щоб не пропустити найважливішу подію року в галузі металообробки.

Розвиток масового виробництва виливків призвело до вдосконалення відомих та розробки нових спеціальних способів лиття. Перед ливарним виробництвом стоїть завдання отримання виливків з максимальним наближенням їх форми та розмірів до форми та розмірів готової деталі, при цьому найбільш трудомістка операція механічної обробки повинна бути обмежена лише чистовою обробкою та шліфуванням. Це можна досягти удосконаленням і впровадженням спеціальних, більш точних способів лиття таких як лиття в кокіль, лиття під тиском, відцентрове лиття, лиття за моделями, що виплавляються, лиття в оболонкові форми та ін.

При виробництві точних виливків разові форми виключається або зменшується механічна обробка виливків. До таких способів лиття відноситься лиття в оболонкові форми, за моделями, що виплавляються, лиття в гіпсові і скляні форми, лиття по пінополістиролових моделях.

У напівпостійних формах (з шамоту, металокераміки, графіту), без їхнього руйнування можна отримати кілька десятків і навіть сотень виливків.

У металевій формі можна виготовити кілька тисяч виливків із розмірами великої точності. До лиття в металеві форми відносяться лиття в кокіль, відцентрове лиття, лиття під тиском і ін.

5.1.1. Лиття в піщані форми.

Для виготовлення великогабаритних деталей складної форми, при дрібносерійному та одиничному виробництві, застосовується лиття в піщані форми. На Рис.4.1 наведено приклад послідовності виготовлення виливка, корпусу вентиля, піщану форму. За кресленням деталі розробляють креслення виливки Рис.1а. У модельному цеху виготовляють із деревини або металу модель, що складається з двох або більше частин, залежно від конструктивних особливостейдеталі, що забезпечують її вилучення з формувальної суміші. Модель імітує зовнішні обводи деталі та посадкові місця стрижня (знаки 1), якими стрижень фіксується у ливарній формі. У формувальному цеху одну половину моделі встановлюють на модельну плиту із закріпленою на ній нижньою. спокій 4 ливарної форми.

Опока є прямокутним ящиком і є частиною ливарної форми. Опоку, з моделлю, що знаходиться всередині, засипають формувальною сумішшю і ущільнюють її. Опоку знімаю з плити, перевертаю на 180 0 Рис.5.1.в і встановлюю другу половину моделі з литниковою системою 2, а також верхню опоку 3.

Рис.5.1засипають формувальну суміш і ущільнюють її.

У стрижневому ящику рис.5.1г виготовляють стрижень рис.5.1д, що імітує внутрішню порожнину литої заготовки та форму

символу, тобто. місце його фіксації у вигляді. Як матеріал використовується стрижнева суміш, з якої і формується стрижень.

Верхню опоку знімають, витягають з обох напівформ модель деталі та литникової системи, намагаючись не порушити цілісність відформованої суміші. Встановлюють у нижній підлозі форму стрижень 6 рис.5.1.е та закривають її верхньою напівформою. Порожнина, що утворилася між стрижнем і формувальною сумішшю верхньої та нижньої підлоги формами, через литникову систему заповнюється розплавленим металом.

Рис.5.2

Після затвердіння металу форма розбирається та виливок витягується. Литу заготовку очищають від формувальної суміші, вибивають стрижні, відрізають і зачищають литники. Форма може складатися як із двох, так і кількох опок. На рис.5.2. показані форми для одержання литої заготовки шківа. Формування зовнішніх обводів деталі здійснюється у наступній послідовності.

Формування нижньої частини заготовки проводиться в нижній опоці 3, яку

встановлюють на модельну плиту. На модельній плиті закріплюють модель, яка імітує виливок до площини роз'єму опок. На опоку встановлюють наповнювальну рамку і заповнюють заповнення формувальної сумішшю. Формувальну суміш ущільнюють пресуванням, струшуванням або за допомогою спеціальних машин, піскометних або піскострільних.

Після формування опоку акуратно знімають із модельної плити і перевертають на 180 0 . Модель повинна мати таку форму, щоб не відбувалося руйнування формувальної суміші під час вилучення моделі з опоки, тобто. передбачені необхідні ухили. Встановлюють модель втулки 4, стояка 6 випору 5 рис.5.2.а і формують верхню напівформу.

Після ущільнення формувальної суміші знімають верхню напівформу, витягають із неї модель стояка, випору, та якщо з нижньої модель виливки. Перед складання напівформ встановлюють стрижні 1 і 2, які служать для формування у виливку центрального отвору та кільцевого поглиблення. Стрижні виготовляють із спеціальних формувальних сумішей, що забезпечують велику газопроникність, міцність, протипригарність.

У одиничному виробництві тугішу саму деталь можна виготовити в трьох опоках, площини роз'єму яких проходять по торцевих поверхнях шківа. При такому формуванні виключається виготовлення одного з стрижнів 2. Модель втулки 4 і фланця 8 роблять роз'ємними, щоб їх можна було витягти з формувальної суміші в процесі розбирання опоки та вилучення моделі. Середня опока 10 забезпечує виготовлення кільцевого поглиблення шківа.

5.1.2. Лиття у металеві форми.

Лиття в металеві форми (кокіль) має переваги перед литтям у піщані форми: знижується собівартість процесу лиття та трудомісткість механічної обробки литих заготовок; підвищуються механічні властивостісплавів та продуктивність праці. Застосовується даний метод в основному

серійному та великосерійному виробництві. Недоліком даного методуВисока трудомісткість виготовлення металевої форми.

На Рис5.3 наведена конструкція кокіля, що складається з двох половин (1 та 4). Робоча порожнина(10) імітує зовнішні обводи литої заготовки, а піщані стрижні (5) внутрішні порожнини та отвори.

Аналогічно, як і піщаних формах, в кокілі передбачають канали для литниковой системи (8) , випори, для видалення газів. Для координації двох половин кокіля щодо один одного встановлюють штирі (15 і 3), які входять до напрямних отворів другої половини кокіля. Отримана лита заготовка виштовхується з кокіля Рис.5.3штовхачами через отвори (9). На робочому столі кокіль кріплять припливами (7). Кокіль може витримувати більше заливок, залежно від температури сплаву, що заливається. Конструкція литої деталі повинна мати відносно просту форму, що дозволяє проводити роз'єднання двох половин кокіля після затвердіння металу литої заготовки. В іншому випадку в кокілі необхідно передбачати місце для встановлення додаткових піщаних стрижнів, що формують складну поверхню.

5.1.3. . Лиття по моделях, що виплавляються.

Цей метод дозволяє отримувати виливки за разовими моделями (виплавлюваним, випалюваним, розчинним) у багатошарових, нероз'ємних, вогнетривких формах. Деталі, одержувані цим способом, можуть не вимагати подальшої механічної обробки, мати дуже складну конфігурацію та високу якість поверхні. Метод досить трудомісткий і його доцільно застосовувати при виготовленні деталей зі складною та трудомісткою механічною обробкою, при використанні матеріалів, що важко обробляються. Суть методу ось у чому. Для отримання моделі за кресленням виливки рис.5.4а виготовляють металеву або пластмасову прес форму Рис.5.4.б, як правило, роз'ємну, з каналами для литниковой системи. Розплавлений в печі Рис.5.4 легкоплавкий сплав, що складається з 50% парафіну і 50% стеарину, заливають в прес-формуРис.5.4 г .

Рис.5.4.

Затверділа модель Рис.4.4.д витягують з прес форми і збирають в блок Рис.5.4е що складається з декількох моделей з'єднаних загальною літниковою системою.

Зібраний блок занурюють у вогнетривку суспензію, посипають сухим піском та сушать на повітрі.

Операція повторюється кілька разів, поки не отримають форму товщиною 5-8 мм. Рис.5.4.ж. Парафінову модель з отриманого блоку виплавляють гарячим повітрям при 120-150 0 С, парою або гарячою водою. Отриману таким чином форму прожарюють, при цьому вона перетворюється на міцну керамічну оболонку. На рис.5.4. представлено технологічну послідовність виготовлення ливарної форми.

Форму заливають розплавленим металом Рис.5.4.з і після затвердіння виливка вибивають її з форми, руйнуючи керамічну оболонку. Для повного очищення від керамічної форми виливки обробляють лужним розчином та промивають у гарячій воді.

В останні роки в ливарному виробництвіповсюдно впроваджуються спеціальні методи лиття, мають ряд переваг проти традиційним литтям в разові піщано-глинисті форми. Питома вага виливків, які отримують спеціальними способами, неухильно збільшується.

До спеціальних способів відносять лиття: а) у постійні металеві форми (кокіль); б) відцентрове; в) під тиском;

Спеціальні способи лиття дозволяють отримувати виливки більш точних розмірів з гарною якістю поверхні, що сприяє зменшенню витрат металу та трудомісткості механічної обробки; підвищити механічні властивості виливків та зменшити втрати від шлюбу; значно знизити або виключити витрати формувальних матеріалів; скоротити виробничі площі; покращити санітарно-гігієнічні умови та підвищити продуктивність праці.

Більшість операцій при спеціальних способах лиття легко піддається механізації та автоматизації.

Економічна доцільність заміни лиття в разові піщано-глинисті форми тим чи іншим спеціальним способом залежить від масштабу виробництва, форми та розмірів виливків, застосовуваних ливарних сплавів тощо. Вона визначається з урахуванням ретельного техніко-економічного аналізу всіх витрат, що з новим технологічним процесом.

Одним з найпоширеніших є лиття в кокіль. Кокілем називають цільну чи роз'ємну металеву форму, виготовлену з чавуну чи сталі.

Кокілі призначені для отримання великої кількості однакових виливків із кольорових або залізовуглецевих сплавів. Стійкість кокілів залежить від матеріалу та розмірів виливки та самого кокіля, а також від дотримання режиму його експлуатації. Орієнтовно стійкість чавунних кокілів становить 200 000 олов'яно-свинцевих, 150 000 цинкових, 50 000 алюмінієвих або 100 .5000 чавунних виливків. Кокілі доцільно застосовувати як у масовому, так і в серійному виробництві (при партії виливків не менше 300.500 штук).

Перед заливкою металу кокілі підігрівають до температури 100...300 °С, а робочі поверхні, що контактують з розплавленим металом, покривають захисними обмазками. Покриття забезпечує збільшення терміну служби кокіля, попередження приварювання металу до стінок кокіля та полегшення вилучення виливків. Підігрів оберігає кокіль від розтріскування та полегшує заповнення форми металом. У процесі роботи необхідна температура кокіля підтримується за рахунок теплоти, що виділяється металом, що заливається. Після затвердіння виливок витягують витрушуванням або за допомогою виштовхувача.

Кокільне лиття дозволяє знизити витрату металу на прибутки та випори, отримувати виливки вищої точності та чистоти поверхні, покращити їх фізико-механічні властивості. Водночас цей спосіб лиття має недоліки. Швидке охолодження металу ускладнює отримання тонкостінних виливків складної форми, викликає небезпеку появи у чавунних виливків вибілених поверхонь, що важко обробляються.

Лиття під тиском- один із найбільш продуктивних методів отримання точних фасонних виливків із кольорових металів. Сутність способу полягає в тому, що рідкий або кашкоподібний метал заповнює форму і кристалізується під надлишковим тиском, після чого форму розкривають і видаляють виливок.

За способом створення тиску розрізняють: лиття під поршневим та газовим тиском, вакуумне всмоктування, рідке штампування.

Найбільш поширене формоутворення виливків під поршневим тиском - у машинах із гарячою чи холодною камерою стискування. Сплави, що застосовуються для лиття під тиском, повинні володіти достатньою рідиною, вузьким температурно-часовим інтервалом кристалізації і хімічно не взаємодіяти з матеріалом прес-форм. Для отримання виливків аналізованим способом використовують цинкові, магнієві, алюмінієві сплави та сплави на основі міді (латуні).

Литтям під тиском виробляють деталі приладів: барабанчики лічильних машин, корпуси фотоапаратів та корпусні деталі масою до 50 кг, головки циліндрів мотоциклетних двигунів. У виливках можна отримувати отвори, написи, зовнішнє та внутрішнє різьблення.

Рис.5 Спеціальні способи лиття

а – під тиском; б – відцентровий.

На рис.5 а показана послідовність отримання виливки на поршневій машині (з холодною вертикальною камерою стиснення). Розплавлений метал подається порцією у вертикальну камеру пресування 2. При русі вниз поршень 1 тисне на метал, переміщає вниз п'яту 4, в результаті чого відкривається живильний канал 3 і метал надходить у порожнину прес-форми 5. Після заповнення прес-форми та витримки протягом 3-30 з поршень і п'ята піднімаються, при цьому п'ята відрізає литник і виштовхує прес-залишок б. Рухлива частина прес-форми 8 відходить вправо і виливок 7 легко витягується. Внутрішні порожнини та отвори у виливках виконуються за допомогою металевих стрижнів.

Перед початком роботи прес-форму підігрівають та змащують. Під час роботи підтримується необхідна температура і прес-форма періодично змащується.

Прес-форми виготовляють з легованих інструментальних сталей (3Х2В8, ХВГ, Х12М та ін) і піддають загартування з високою відпусткою. Вартість прес-форми у 3.5 разів перевищує вартість кокіля.

Стійкість прес-форм залежно від розмірів та форми виливків складає при литті з цинкових сплавів 300.500 тис. виливків, з алюмінієвих – 30.50 тис., мідних – 5.20 тис. виливків. Продуктивність поршневих машин досягає 500 виливків на годину.

У разі масового виробництва економічно виправдано застосування лиття під тиском, оскільки цей спосіб дозволяє знизити трудомісткість отримання виливків в 10 .12 раз, а трудомісткість механічної обробки - в 5 .8 раз.

За рахунок високої точності виготовлення та забезпечення підвищених механічних властивостей виливків, отриманих під тиском, досягається економія до 30...50% металу в порівнянні з литтям в разові форми. Створюється можливість повної автоматизації процесу.

Відцентровий спосіб литтязастосовується головним чином для отримання порожнистих виливків типу тіл обертання (втулок, обичайок для поршневих кілець, труб, гільз) із кольорових і залізовуглецевих сплавів, а також біметалів. Сутність способу полягає в заливанні рідкого металу в металеву або керамічну форму, що обертається (виливницю). Рідкий метал за рахунок відцентрових сил відкидається до стінок форми, розтікається вздовж них і твердне.

При аналізованому способі лиття виливки виходять щільними, очищеними від газів та неметалевих включень, з дрібнозернистою структурою.

Відцентрове лиття високопродуктивне (за I год можна відлити 40 .50 чавунних труб діаметром 200 .300 мм), дає можливість отримувати порожнисті виливки без застосування стрижнів та біметалічні виливки послідовною заливкою двох сплавів (наприклад, сталі та бронзи).

Поряд з високою продуктивністю та простотою процесу відцентровий спосіб лиття в порівнянні з литтям у стаціонарні піщано-глинисті та металеві форми забезпечує більш високу якість виливків, майже усуває витрату металу на прибутки та випори, збільшує вихід придатного лиття на 20.60 %.

До недоліків способу слід віднести високу вартість форм та обладнання та обмеженість номенклатури виливків.

Лиття за виплавлюваними (витоплюваними) моделямиполягає у наступному. Метал заливають у разову тонкостінну керамічну форму, виготовлену за моделями (також разовим) з легкоплавного модельного складу. Цим способом отримують точні, що практично не вимагають, механічної обробки виливки з будь-яких сплавів масою від декількох грамів до 100 кг.

Точність розмірів і чистота поверхні одержуваних виливків такі, що дозволяють скоротити обсяг механічної обробки або відмовитися від неї, що особливо важливо при виготовленні деталей з сплавів, що важко обробляються;

Технологія виробництва виливків за моделями включає такі етапи: виготовлення прес-форм для моделей; отримання воскових моделей запресуванням модельного складу прес-форми; складання блоку моделей на загальний живильник (у разі дрібних виливків); нанесення вогнетривкого покриття на поверхню одиничної моделі або блоку; витоплювання моделей з вогнетривких (керамічних) оболонок-форм; прожарювання форм; заливки металу в гарячі форми.

Рознімні прес-форми виготовляють із сталі або інших сплавів по кресленню деталі або її еталону з урахуванням усадки модельної маси та металу виливки.

Модельний склад (наприклад, парафіну з добавками церезину, нафтового бітуму, каніфолі, поліетилену) в пастоподібному стані запресовують за допомогою шприца або на запресувальному верстаті.

Отримані моделі витягають з прес-форм і облицьовують у кілька шарів вогнетривким покриттям, занурюючи кілька разів у склад і обсипаючи кварцовим піском. Кожен шар покриття підсушується. Модель дрібних виливків перед нанесенням покриття збирають у блоки, з'єднуючи їх (припаюючи) із загальною литниковою системою, а потім облицьовують блок.

Витоплення моделей з керамічних оболонок здійснюється гарячим повітрям або гарячою водою. Модельний матеріал збирається для повторного використання, а одержана керамічна ливарна форма з гладкою робочою поверхнею надходить на прожарювання. Останнє необхідне надання формі механічної міцності та остаточного видалення модельного матеріалу. Форму поміщають у сталевий ящик, засипають кварцовим піском, залишаючи литникову чашу доступною для заливки металу, і прожарюють при температурі 850...900 °С.

Заливка металу виробляється в гарячу форму, що сприяє поліпшенню рідини плинності металу і дозволяє отримувати найскладніші тонкостінні виливки.

Після охолодження виливок очищають від шару вогнетривкого покриття ударами вручну або на пневмовібраторах. У порожнинах і отворах залишки форми видаляються вилуговуванням в киплячому розчині їдкого натру, потім виливку промивають у теплій воді з додаванням соди.

Відділення литникової системи від виливків може проводитися на токарних та фрезерних верстатах, абразивними вулканітовими колами і на вібраційних установках.

Литтям по моделях, що виплавляються, отримують різноманітні складні виливки для автотракторобудування, приладобудування, для виготовлення деталей літаків, лопаток турбін, ріжучих і вимірювальних інструментів.

Вартість 1т виливків, одержуваних за моделями, що виплавляються, вище, ніж виготовляються іншими способами, і залежить від багатьох факторів (серійності випуску деталей, рівня механізації та автоматизації ливарних процесів і процесів механічної обробки виливків).

У більшості випадків зниження трудомісткості механічної обробки, витрати металу та металорізального інструменту при застосуванні точних виливків замість поковок або виливків, отриманих іншими способами, дає значний економічний ефект. Найбільший ефект досягається при перекладі на лиття за виплавлюваними моделями деталей, у структурі собівартості яких велику частку становлять витрати на метал і фрезерну обробку, особливо при застосуванні конструкційних і інструментальних матеріалів, що важко обробляються.

Впровадженню лиття за моделями, що виплавляються, приділяється велика увага, так як більшість операцій легко піддається механізації та автоматизації. Спільними зусиллями працівників науково-дослідних інститутів та передових заводів створюються високоефективні автоматичні лінії та автоматизовані цехи для лиття за моделями, що виплавляються.

Лиття в оболонкові формизастосовується для отримання виливків масою до 100 кг із чавуну, сталі та кольорових металів. Тонкостінні (товщина стінки 6 .10 мм) форми виготовляють з піщано-смоляної суміші: дрібнозернистого кварцового піску та термореактивної синтетичної смоли (3 .7 %). Піщано-смоляну суміш готують перемішуванням піску та подрібненої порошкоподібної смоли з добавкою розчинника ( холодний спосіб) або при температурі 100 .120 °С (гарячий спосіб), внаслідок чого смола обволікає (плакує) зерна піску. Потім суміш додатково дробиться до отримання окремих зерен, плакованих смолою і завантажується в бункер. Формування проводиться за металевими моделями.

Модель у літниковій системі закріплюють на підмодельній плиті, нагрівають до температури 200 .250 °С і наносять на їхню робочу поверхню тонкий шар розподільчого складу. Після цього модельною плитою закривають горловину бункера (модель усередині) і повертають на 180°. Суміш падає на нагріту модель, смола плавиться і через 15 .25 на моделі утворюється оболонка (напівформа) потрібної товщини. Бункер знову повертають на 180°, суміш, що залишилася, обсипається на дно бункера, а модельна плита з напівтвердою оболонкою поміщається в піч для остаточного твердіння при температурі 300 .400 °С протягом 40 .60 с. За допомогою спеціальних виштовхувачів напівформа легко знімається з моделі.

Скріплення (складання) напівформ здійснюється металевими скобами, струбцинами або швидкотвердіючим клеєм. Аналогічним способом виготовляють піщано-смоляні стрижні для порожнистих виливків.

Зібрані оболонкові форми для надання їм більшої жорсткості поміщають в опоки, засипають зовні чавунним дробом або сухим піском і заливають металом.

Виливки, виготовлені в оболонкових формах, відрізняються великою точністю і чистотою поверхні, що дозволяє на 20...40% знизити масу виливків і на 40...60% трудомісткість їх механічної обробки. Порівняно з литтям у піщано-глинисті форми трудомісткість виготовлення виливків знижується у кілька разів. Цим способом отримують відповідальні деталі машин-колінчасті та кулачкові вали, шатуни, ребристі циліндри тощо. Процеси виготовлення оболонок легко піддаються автоматизації.

Незважаючи на велику вартість піщано-смоляної суміші, порівняно з піщано-глинистою, при масовому та серійному виробництві виливків досягається значний економічний ефект.

Лиття в оболонкові форми застосовують для виготовлення деталей переважно зі сплавів на основі заліза (чавуну, вуглецевої та нержавіючої сталі), а також з мідних та спеціальних сплавів.

На Київському мотоциклетному заводі так відливають ребристі циліндри з модифікованого хромонікелевого чавуну, на Горьківському автозаводі в оболонкових формах отримують колінчасті зали з високоміцного чавуну.

3. Виготовлення виробів тиском

ОБРОБКА МЕТАЛІВ ТИСКОМ - формування металевих матеріалів механічними засобами без зняття стружки.

Обробка металів тиском - група технологічних процесів, у яких змінюється форма металевої заготівлі без порушення її суцільності рахунок відносного зміщення окремих її частин, т. е. шляхом пластичної деформації. Основні види О. м. д.: прокатка, пресування, волочіння, кування та штампування. О. м. д. також застосовується для покращення якості поверхні.

Використання технологічних процесів, заснованих на О. м. д., в порівнянні з ін. видами металообробки (лиття, обробка різанням) неухильно розширюється, що пояснюється зменшенням втрат металу, можливістю забезпечення високого рівня механізації та автоматизації технологічних процесів.

О. м. д. можуть бути отримані вироби з постійним або періодично змінним поперечним перерізом (прокатка, волочіння, пресування) і штучні вироби різноманітних форм (кування, штампування), що відповідають за формою і розмірами готових деталей або незначно від них. Штучні вироби зазвичай піддаються обробці різанням. Об'єм металу, що видаляється при цьому, залежить від ступеня наближення форми і розмірів поковки або штампування до форми і розмірів готової деталі. У ряді випадків О. м. д. отримують вироби, що не вимагають обробки різанням (болти, гвинти, більшість виробів листового штампування).

Поряд із формоутворенням обробка тиском може покращувати якість та механічні властивості металу. Обробка металів тиском проводиться або в гарячому (нагрітому), або в холодному (відповідному кімнатній температурі) стані. При обробці тиском багатьох металів і сплавів спочатку проводиться гаряча обробка, що дозволяє використовувати підвищену пластичність нагрітого матеріалу, а потім остаточна обробка в холодному стані, що забезпечує високу якість поверхні і точні розміри. Основні методи обробки металів тиском- Кування, штампування, прокатка, пресування.

Кування та штампування. Ручне кування було історично першим із застосовуваних досі способів формозмінювальної обробки металів. Перший паровий молот, що з'явився в 1843 році, деформував метал силою падіння вантажу, а пара служила для підняття останнього. Слідом за таким молотом простої дії в 1888 році з'явився молот подвійної дії, верхня "баба" якої при русі вниз додатково розганяється силою пари. Кування та об'ємне штампування можуть виконуватися на молоті або на пресі. Кування буває вільним і в штампах. Штампи об'ємного штампування молотові та для гарячештампувальних пресів складаються з верхньої (що закріплюється на верхній голівці молота або преса) і нижньої частин, на поверхнях, що стикаються, яких є струмки для послідовного формоутворення виробів. Штампи для листового штампування (вирубні, пробивні, згинальні та ін.) складаються з двох основних деталей - матриці і пуансона, що входить до неї, а іноді одна і та ж частина штампу служить і пуансоном, і матрицею.

Прокат.Обтискання прокаткою - найпоширеніший процес обробки металів тиском. Хоча "батьком" сучасних методів прокатки прийнято вважати Г.Корта, перший прокатний стан якого відноситься приблизно до 1783 р., історичні документи свідчать про те, що золото і срібло для карбування монет прокочувалися в листи у Франції ще в 1753 р. Існує багато різних типів прокатних станів Але практично у всіх таких установках обтискання здійснюється двома валками, що обертаються назустріч один одному. Валки захоплюють заготівлю, і їх вона виходить, зменшившись по товщині і збільшившись у довжині. Виникає при цьому бічне, або поперечне, розширення здебільшого незначне. Назви прокатного стану зазвичай вказують на вид продукції, що виробляється: блюмінговий, слябінговий, листопрокатний, смуговий, товстолистовий. Відповідно до температури прокатуваного металу розрізняють стани гарячої та холодної прокатки.

Пресування.Багато металів та сплавів при підвищених температурах настільки пластичні, що їх можна видавлювати під пресом через отвір матриці, як зубну пасту з тюбика. Таким способом пресування видавлюванням, або екструзії, можна виготовляти вироби складного поперечного перерізу. Екструзією отримують, наприклад, прутки, труби, фасонні вироби, що покривають свинцевою оболонкою кабель. Пресуванням без закінчення здійснюють, зокрема, операції глибокої витяжки - перетворення плоскої заготовки на гільзу.

Прошивка. Операція прошивки застосовується при виготовленні безшовних труб із литих циліндричних заготовок та екструдованих прутків. Нагріта заготівля захоплюється двома косими (конічними) валками прошивного стану, що обертаються назустріч один одному, і насувається в процесі поперечно-гвинтової (гелікоїдальної) прокатки на оправку, закріплену посередині між валками. З різноманітних пристроїв для виробництва безшовних труб найбільш відомий прошивний стан Маннесмана. Прошивці піддаються далеко не всі метали та сплави, але сталь, мідь та деякі сплави на основі міді досить пластичні для такої обробки, що потребує дуже великої деформації.

Волочення.Прутки та дріт. Діаметр прутка, отриманого екструзією або прокаткою, можна зменшити, простягнувши його крізь отвір волочильної дошки (вовки або матриці). Протягуванням через ряд волок з отворами, що послідовно зменшуються, можна отримати пруток малого діаметра. Так само з прутка найменшого діаметра можна отримати дріт. Обтискання дроту, особливо дуже тонкого, часто проводиться безперервним протягуванням через ряд волок, число яких може досягати 12.

Труби. Волочення труб зазвичай застосовується для зменшення зовнішнього діаметра труби або товщини її стінки або для того й для іншого. Холодне волочіння забезпечує гладку поверхню труби, точні розміри та покращені механічні властивості. Таке "редукування" при калібруванні труб здійснюється волочінням через волоку з дещо зменшеним отвором, у центрі якого закріплена оправка. Зменшення товщини стінки труби визначається діаметром оправлення.

Видавлювання.Видавлюванням на токарнодавильному верстаті формують тонкий метал, притискаючи його до оправки, що обертається. Такий метод придатний лише виготовлення симетричних виробів кругового поперечного перерізу. Для видавлювання виробів мінливого по осі діаметра необхідні розбірні оправки, що допускають знімання готового виробу.

4. Виготовлення нерозбірних з'єднань

Автоматичне зварювання під флюсом. Сутність процесу полягає в тому, що зварювальна дуга 2 горить між електродним дротом 1 і виробом, що зварюється 9 під шаром сипучого флюсу 6. Теплотою дуги розплавляються основний метал, зварювальний дріт і флюс. Дріт в зону горіння дуги подається механічно, а автомат за допомогою електродвигуна рухається вздовж кромок, що зварюються, такий процес зварювання називається автоматичним; якщо ж механізовано лише подачу дроту, то це – механізоване зварювання під флюсом. Розплавляючись, флюс утворює флюсогазовий міхур 3 і рідкий шлак 5. Розплавлений метал 4 в процесі охолодження кристалізується з утворенням зварного шва 8. Майже одночасно з кристалізацією розплавленого металу твердне розплавлений флюс - рідкий шлак, утворюючи шлакову кірку 7 (рис. 1). Тиск у газовому міхурі становить 5-9 г/см3 (0,5-0,9 кПа). Якщо в процесі зварювання дуга виривається назовні, це вказує на недостатній шар флюсу. Різновиди зварювання під флюс представлені на рис. 2, при цьому виді зварювання досягається висока продуктивністьпраці та забезпечується отримання рівноміцного шва з основним металом.

Рис. 1. Схема процесу автоматичного зварювання під флюсом:

1 - електрод; 2 - зварювальна дуга; 3 - флюсогазовий міхур; 4 - розплавлений метал; 5 - рідкий шлак; 6 - флюс; 7 - шлакова кірка;

Рис. 2. Різновиди зварювання під флюсом:

а - однодугова, б - однодугова з розщепленим електродом, - дводугова, г - трифазною дугою;

1 - виріб, що зварюється, 2 - флюс, 3 - зварювальні дроти, що підводять зварювальний струм від джерела живлення до зварювальної дуги, 4 - електрод

Електрошлакове зварювання.Сутність процесу полягає в наступному. У початковий період під флюсом виникає зварювальна дуга, за рахунок теплоти дуги флюс розплавляється і утворюється електропровідний шлак, який повинен мати значний омічний опір. Зварювальна дуга після розплавлення флюсу з утворенням електропровідного шлаку згасає - шунтується, а струм, проходячи по електропровідному розплавленому шлаку, виділяє таку кількість теплоти, яка достатньо для плавлення подальшої порції флюсу, основного металу та дроту. Розплавлений метал зварювальної ванни, що кристалізуючись утворює зварний шов (рис. 3, б).

Рис. 3. Схема електрошлакового зварювання:

1 - електрод, 2 - метал, що зварюється, 3 - розплавлений флюс - електропровідний шлак, 4 - розплавлений метал, 5 - мідні повзуни, 6 - подача води для охолодження повзунів, 7 - зварний шов, 8 - флюс; Vсв - швидкість зварювання

Практично цей процес (рис. 3 а) відбувається між кромками основного металу 2, які розташовуються вертикально з великим зазором. Для формування шва, тобто для утримання розплавленого металу зварювальної ванни, по обидва боки з'єднання встановлюються мідні повзуни 5 охолоджувані водою. У зону зварювання подається електродний дріт 1, який під шаром флюсу 8 і збуджує горіння зварювальної дуги.

Переваги цього виду зварювання:

можливість зварювання за один прохід металу великої товщини;

не потрібне видалення шлаку та налаштування режиму зварювання для виконання наступного проходу, як це робиться при інших видах зварювання;

можливість виконання зварювання без оброблення кромок та виключення розбризкування металу;

можливість використання для зварювання практично необмеженої кількості електродів (дротів);

виключення термічної обробки зварного шва при зварюванні сталей, схильних до утворення усадкових тріщин;

висока продуктивність та економія флюсу.

Недоліки цього виду зварювання:

можливість зварювання металу завтовшки не менше 16 мм;

зварювання практично можливе лише у вертикальному положенні;

можливе утворення несприятливих структур за рахунок термічної обробки шва та зони термічного впливу.

По виду електрода електрошлакове зварювання ділиться на зварювання дротяним, пластинчастим електродом і мундштуком, що плавиться; за наявності коливань електрода - без коливань та з коливаннями електрода; за кількістю електродів із загальним підведенням зварювального струму - на одноелектродну, двоелектродну та багатоелектродну.

Електронно-променеве зварювання. Цей вид зварювання виконується в камерах із розрідженням до 10-4-10-6 мм рт. ст. Па. Теплота утворюється за рахунок бомбардування поверхні металу електронами, що мають великі швидкості, анодом є деталь, що зварюється, а катодом - вольфрамова спіраль.

Електронно-променеве зварювання може виконуватися без коливань та з коливаннями електронного променя. У напрямку коливань розрізняють електронно-променеве зварювання з поздовжніми, поперечними, вертикальними та складними коливаннями електронного променя.

Газове зварюваннязаснована на плавленні зварюваного та присадочного металів високотемпературним газокисневим полум'ям. Як паливо для згоряння в кисні застосовують ацетилен, водень, пропан-бутанову суміш, пари гасу, бензину, міський, природний, світильний, нафтовий, коксовий та інші гази.

Світлове зварюванняза видом джерела світла поділяється на сонячну, лазерну та штучними джерелами світла. У практиці поки що в основному знаходить застосування лише лазерне зварювання. Цей вид зварювання ґрунтується на застосуванні спеціального світлового променя, що плавить метал. Для одержання сильного світлового променя використовують лазерні установки.

Термітне зварюванняполягає в тому, що деталі, що зварюються, поміщають у вогнетривку форму, а у встановлений зверху тигель засипають терміт - порошкоподібну суміш алюмінію з залізною окалиною. При горінні терміту розвивається висока температура (понад 2000ºС), утворюється рідкий метал, який при заповненні форми оплавляє кромки виробів, що зварюються і заповнює зазор, утворюючи зварний шов.

Контактна зварка. При цьому виді зварювання місце з'єднання розігрівається і розплавляється теплом, що виділяється при проходженні електричного струму через контактовані місця деталей, що зварюються; при додатку у цьому місці стискаючого зусилля утворюється зварне з'єднання. За формою зварного з'єднання розрізняють точкове, шовне, стикове, рельєфне, шовно-стикове контактне зварювання і зварювання за методом Ігнатьєва. Точкове зварювання у свою чергу поділяється на одно-, дво- та багатоточкове.

Стикове зварюванняза характером перебігу процесу ділиться на зварювання з уривчастим і безперервним оплавленням і зварюванням опором. Контактне зварювання може виконуватися постійним, змінним та пульсуючим струмом. По виду джерела енергії контактне зварювання поділяється на конденсаторну, акумуляторну, енергією, накопиченою в магнітному полі та в мотор-генераторній системі.

Дифузійне зварюванняздійснюється за рахунок взаємної дифузії атомів контактуючих частин при відносно тривалому впливі підвищеної температури та незначної пластичної деформації.

Газопресове зварюваннязаснована на нагріванні кінців стрижнів або труб по всій довжині кола багатополум'яними пальниками до пластичного стану або плавлення та подальшого здавлювання стрижнів зовнішнім зусиллям.

Ультразвукове зварюваннязаснована на спільному впливі на деталі механічних коливань ультразвукової частоти і невеликих стискаючих зусиль.

Зварювання тертям. При обертанні одного з стрижнів та дотику його торця з торцем закріпленого стрижня кінці стрижнів розігріваються і з додатком осьового зусилля зварюються.

Холодне зварюваннязаснована на здатності зрощення кристалів металу при значному тиску.

Індукційно-пресове зварювання. Цей вид зварювання заснований на розігріванні струмами високої частоти кінців стикуються стрижнів або труб до пластичного стану з подальшим додатком осьових зусиль для отримання нероз'ємного з'єднання.

5. Технології обробки металів

Більшість деталей машин виготовляється шляхом обробки різанням. Заготівлями таких деталей є прокат, виливки, поковки, штампування та ін.

Процес обробки деталей різанням заснований на утворенні нових поверхонь шляхом деформування та подальшого відділення поверхневих шарів матеріалу з утворенням стружки. Та частина металу, яка знімається під час обробки, називається припуском. Або, інакше кажучи, припуск - це надлишковий (понад креслярського розміру) шар заготовки, що залишається для зняття різальним інструментом при операціях обробки різанням.

Після зняття припуску на металорізальних верстатах оброблювана деталь набуває форми і розмірів, що відповідають робочому кресленню деталі. Для зменшення трудомісткості та собівартості виготовлення деталі, а також задля економії металу, розмір припуску повинен бути мінімальним, але в той же час достатнім для отримання хорошої якості деталі та з необхідною шорсткістю поверхні.

У сучасному машинобудуванні є тенденція знижувати обсяг обробки металів різанням з допомогою підвищення точності вихідних заготовок.

Основні методи обробки металів різанням.Залежно від характеру виконуваних робіт та виду різального інструменту розрізняють такі методи обробки металів різанням: точення, фрезерування, свердління, зенкерування, довбання, протягування, розгортання та ін. (рис. 12).

Точення- операція обробки тіл обертання, гвинтових та спіральних поверхонь різанням за допомогою різців на верстатах токарної групи. При точенні (рис. 12.1) заготівлі повідомляється обертальний рух(Головний рух), а ріжучому інструменту (різцю) - повільне поступальне переміщення в поздовжньому або поперечному напрямку (рух подачі).

Фрезерування- Високопродуктивний та поширений процес обробки матеріалів різанням, що виконується на фрезерних верстатах. Головний (обертальний) рух отримує фреза, а рух подачі в поздовжньому напрямку - заготівля (рис. 12.2).

Свердління- операція обробки матеріалу різанням для отримання отвору. Ріжучим інструментом служить свердло, що робить обертальний рух (головний рух) різання та осьове переміщення подачі. Свердління проводиться на свердлильних верстатах (рис. 12.3).

Стругання- спосіб обробки різанням площин або лінійних поверхонь. Головний рух (прямолінійний зворотно-поступальний) здійснює вигнутий стругальний різець, а рух подачі (прямолінійний, перпендикулярний головному руху, уривчасте) - заготівля. Стругання проводиться на стругальних верстатах (рис. 12.4).

Довбання- спосіб обробки різцем площин або фасонних поверхонь. Головний рух (прямолінійний зворотно-поступальний) здійснює різець, а рух подачі (прямолінійний, перпендикулярний головному руху, уривчасте) - заготівля. Довбання виробляють на довбання верстатах (рис. 12.5).

Шліфування- процес чистової та оздоблювальної обробки деталей машин та інструментів за допомогою зняття з їхньої поверхні тонкого шару металу шліфувальними колами, на поверхні якого розташовані абразивні зерна.

Головний рух обертальний, що здійснюється шліфувальним колом. При круглому шліфуванні (рис. 12.6) обертається одночасно заготівля. При плоскому шліфуванні поздовжня подача здійснюється зазвичай заготовкою, а поперечна подача - шліфувальним кругом або заготовкою (рис. 12.7).

Просування- процес, продуктивність при якому в кілька разів більша, ніж при струганні і навіть фрезеруванні. Головний рух прямолінійний і рідше обертальний (рис. 12.8).

При виготовленні деталей із важкооброблюваних матеріалів різанням дедалі більше місця займають електричні та хімічні методиобробки.Це пояснюється особливими фізико-механічними властивостями цих матеріалів, насамперед високими міцністю і твердістю, що досягають або навіть перевищують ці показники у сучасних інструментальних матеріалів, що унеможливлює у ряді випадків економічно ефективне застосування звичайного методу різання. Крім того, електричні та хімічні методи дозволяють виготовляти поверхні складних форм, забезпечують більш високу точність обробки та якість поверхні, що підвищує експлуатаційні характеристики деталей, що виготовляються.

У приладобудуванні особливе значення мають електронноіонні методи обробки (еліоніка), тобто застосування електронних та іонних променів для виготовлення інтегральних схем та напівпровідникових приладів. Електронографія уможливлює отримання структур субмікроскопічних розмірів.

Електричниминазивають способи обробки, що використовують електричну енергію безпосередньо для технологічних цілей шляхом підведення її в зону обробки без проміжного перетворення на інші види енергії. Перетворення електричної енергії на інший вид енергії (теплову, хімічну та інших.) відбувається у оброблюваному матеріалі. Відповідно до цього електричні методи обробки поділяють на

електротермічні, що використовують переважно теплову дію електричного струму

електрохімічні,що використовують його хімічну дію,

електроерозійні, що використовують ерозійну дію струму,

електромеханічні, що використовують його механічну дію.

Електрохімічна обробка (ВІДЛУНЕННЯ) здійснюється за допомогою постійного струму низької напруги в середовищі рухомих струмопровідних рідин - електролітів. Зняття матеріалу шару, що видаляється, відбувається внаслідок його анодного розчинення, тобто перетворення електричної енергії в енергію хімічних зв'язків; в результаті цього матеріал знімається шару перетворюється на легко видаляються із зони обробки хімічні сполуки.

Електроерозійна обробка (ЕЕО) здійснюється за допомогою імпульсного електричного газового розряду, що викликає ерозійне руйнування матеріалу шару, що знімається.

Електромеханічна обробка (ЕМО) використовує механічну дію електричного струму; так, електрогідравлічна обробка використовує дію ударних хвиль, що виникають в результаті імпульсного пробою рідкого середовища, електромагнітне формування - імпульсна формозміна силами взаємодії магнітного струму провідника з магнітним полем, індукованим у заготівлі.

Променеві методи обробки (JIMO) засновані на використанні для знімання матеріалу від впливу сфокусованого променя з високою щільністю енергії; видалення матеріалу відбувається шляхом випаровування внаслідок перетворення електричної енергії у тепло.

Хімічними називають способи обробки, що використовують хімічну енергію безпосередньо для технологічних цілей; у цьому випадку обробку деталі, тобто зняття певного шару металу, здійснюють у хімічно активному середовищі. Сюди належить, наприклад, хімічне фрезерування.

Хімічними називаються методи обробки матеріалів, у яких зняття шару матеріалу відбувається за рахунок хімічних реакцій у зоні обробки. Переваги хімічних методів обробки:

а) висока продуктивність, що забезпечується відносно високими швидкостями протікання реакцій, насамперед відсутністю залежності продуктивності від величини площі оброблюваної поверхні та її форми;

б) можливість обробки особливо твердих чи в'язких матеріалів;

в) вкрай малий механічний і тепловий вплив у процесі обробки, що уможливлює обробку деталей малої жорсткості з досить високою точністю та якістю поверхні.

Розмірне глибоке травлення (хімічне фрезерування) є найпоширенішим методом хімічної обробки. Цим методом доцільно користуватися для обробки поверхонь складних у плані форм на тонкостінних деталях, отримання трубчастих деталей або листів з плавною зміною товщини по довжині, а також при обробці значної кількості дрібних деталей або круглих заготовок з великим; кількістю місць, що обробляються (перфорація циліндричних поверхонь труб). Шляхом місцевого видалення цим методом із зайвого матеріалу в ненавантажених або малонавантажених можна знизити загальну вагу літаків та ракет, не знижуючи їх міцності та жорсткості. У США використання хімічного фрезерування дозволило знизити вагу крила надзвукового бомбардувальника на 270 кг. Цей метод дозволяє створювати нові елементи конструкцій, наприклад, листи 1 змінної товщини. Хімічне фрезерування знаходить застосування також під час виготовлення друкованих схем радіоелектронної апаратури. У цьому випадку панель з ізоляційного матеріалу, покрита з однієї або двох сторін мідною фольгою, травленням видаляє задані схемою ділянки.

Продуктивність хімічного фрезерування визначається швидкістю видалення матеріалу за глибиною. Швидкість травлення зростає з підвищенням температури розчину приблизно на 50-60% на кожні 10 ° С, а також залежить від виду розчину, його концентрації та чистоти. Перемішування розчину в процесі травлення можна проводити стисненим повітрям. Процес травлення визначається екзотермічною реакцією, тому подача стисненого повітря дещо його охолоджує, проте переважно постійність температури забезпечується приміщенням у ванну водяних змійовиків.

Травлення методом занурення має низку недоліків - використання ручної працічастковий пробій захисних плівок на необроблюваних поверхнях. При обробці ряду деталей перспективніший струменевий метод травлення, при якому подача лугу здійснюється форсунками.

Засобом підвищення продуктивності хімічного фрезерування є використання ультразвукових коливань із частотою 15-40 кгц; у цьому випадку продуктивність обробки збільшується в 1,52,5 рази – до 10 мм/год. Процес хімічної обробки також прискорюється під впливом інфрачервоного випромінювання спрямованої дії. У умовах відпадає необхідність у нанесенні захисних покриттів, оскільки сильному нагріванню піддається метал по заданому контуру нагріву, інші ділянки, будучи холодними, мало розчиняються.

Комбіновані методи обробки різанням використовують для зняття заданого шару металу одночасну дію кількох різних за своєю фізичною сутністю явищ або поєднання різних способів підведення енергії. Прикладами комбінованих методів обробки є розглянуті вище способи обробки, що ґрунтуються на термомеханічному впливі,- різання з підігрівом заготовок; способи обробки, засновані на одночасному механічному і хімічному впливі на шар, що зрізається, наприклад механічна обробка з подачею в зону різання активних мастильно-охолоджуючих рідин. Сюди відносяться розглянута нижче електроконтактнаобробка (ЕКО), яка здійснюється видаленням матеріалу зрізуваного шару в результаті поєднання електротермічного, електроерозійного та механічного впливів. Іншим прикладом є анодно-механічнаобробка (АМО) - вона використовує електрохімічний, електроерозійний та механічний вплив на оброблювану заготівлю. В даний час відпрацьовуються метод анодно-механічної обробки важкообробних матеріалів з накладенням вібрацій низької та ультразвукової частот, метод вібраційного свердління із введенням постійного струму в зону різання, електроерозійна та електрохімічна обробка з ультразвуковими коливаннями електрода.

У цій лекції розглянуто основні особливості процесів отримання заготовок методом лиття, техніко-економічні показники основних способів отримання виливків, а також фактори, що визначають вибір раціонального способу виготовлення виливки деталі, що проектується. Наведено дані про ливарні властивості розплавів та їх вплив на конструйовані розміри і форму виробу.

13.1 Основні особливості процесів отримання виливків

Лиття широко застосовують виготовлення фасонних від кількох грамів до сотень тонн. У багатьох виробів (двигуни внутрішнього згоряння, турбіни, компресори, металорізальні верстатиі т.д.) маса литих деталей становить 60-80% від загальної маси. За допомогою лиття можна отримувати вироби найскладнішої конфігурації, нездійсненні іншими способами отримання заготовок.
Для характерні знижена міцність, в порівнянні з поковками, різні механічні властивості в різних ділянках виливків, схильність до утворення дефектів та напруг. Якість виливки залежить від технології лиття та конструкції деталі, тому конструктор повинен знати основні особливості ливарної технології та впевнено володіти прийомами, що забезпечують отримання якісних виливків за найменших виробничих витрат.
Оптимальна конструкція литої деталі повинна найбільш повно відповідати технологічним можливостям обраного способу лиття щодо забезпечення мінімальної собівартості та заданих властивостей виробу. Якість виливки визначається двома групами технологічних чинників.
Перша група факторів пов'язана з умовами заливки розплаву, якістю виготовлення та визначає можливість отримання заданої конфігурації, точності та властивостей поверхневого шару виливки.
Друга група факторів пов'язана з умовами розплаву, охолодження виливки та визначає можливість отримання деталі із заданою структурою, а також ймовірність появи в ній різних дефектів (раковин, тріщин, внутрішніх напруг та ін.). Ці фактори впливають в основному на фізико-механічні та пов'язані з ними експлуатаційні характеристики відливного матеріалу.

13.2. Техніко-економічні показники основних способів отримання виливків

Розглянемо техніко-економічні показники основних способів виготовлення виливків - лиття в піщані форми, в оболонкові форми, за моделями, що виплавляються, кокільне і відцентрове лиття, лиття під тиском. Останні п'ять способів називають спеціальними.
Інструментом виготовлення виливків є ливарні форми, які класифікують за кількістю заливок: разові і багаторазово використовувані, і навіть за матеріалом форми: піщані, металеві тощо. Залежно від кількості заливок у форми, існуючі способи лиття можна поділити на дві групи:

ЛИТТЯ В РОЗОВІ ФОРМИ

Лиття в піщані форми (ПФ) - Найпоширеніший спосіб лиття. У машинобудуванні їм виготовляють 75-80% виливків (за масою). Виготовлення форм () виконується шляхом ущільнення формувальної суміші для отримання точного відбитка моделі у формі та надання їй достатньої міцності.
Залежно від розмірів виливки та типу застосовують ручну( фільм) або машинне формування ( фільм). У піщаних формах можна отримувати виливки найскладнішої конфігурації та масою до кількох сотень тонн (табл. 13.1).

Таблиця 13.1

Технологічні можливості основних способів лиття

Показник
Матеріал виливків		Сталь, чавун, кольорові	Сталь, чавун, кольорові метали	Сталь, чавун, кольорові метали, спец. сплави	Сталь, чавун, кольорові метали	Кольорові метали	Сталь, чавун, кольорові метали
Максимальна маса виливків, кг					7000 – чавун, 4000 – сталь, 500 – кольоровий метал
Максимальний розмір виливки, мм		Неогранич.
Товщина стінок, мм
		Неогранич.					Неогранич.
Клас точності виливків
Шорсткість поверхні, Ra, мм
Мінімальний (на бік), мм
Коефіцієнт вагової точності, KВТ, %
Відносна собівартість 1т виливків
Економічно виправдана серійність, шт/рік		Неогранич.

ПФ - лиття у піщані форми; ОФ - лиття в оболонкові форми; ВМ - лиття за моделями, що виплавляються; К - лиття в кокіль; ПД – лиття під тиском; Ц - відцентрове лиття

У піщаних формах отримують переважно виливки зі сталі, чавуну, рідше – із кольорових металів. Цей спосіб широко застосовують у одиничному та серійному виробництва. Застосування їх у масовому виробництві можливе лише за високого ступеня механізації. Цим способом одержують виливки фланців, кришок, втулок, станин, корпусів насосів, редукторів та ін.
Основними недоліками виливків, отриманих литтям у піщані форми, є висока шорсткість поверхні, обумовлена ​​крупнозернистою структурою формувальної суміші. Крім того, можливий формувальні суміші до поверхні виливки, і низька точність внаслідок зміщення стрижнів і похибок виготовлення та складання окремих частин форми.
Утруднено виготовлення виливків складної конфігурації, що мають тонкі стінки, високі та вузькі ребра жорсткості, отвори малого діаметра та інші аналогічні елементи. Одержувані виливки в основному масивні, товстостінні, в яких передбачаються великі на механічну обробку відповідальних поверхонь. Незважаючи на те, що собівартість виливків, одержуваних цим способів мінімальна, витрати на їх механічну обробку більші, ніж для заготовок, що одержуються спеціальними способами лиття.
Дуже суттєвим недоліком лиття в ПФ є необхідність зберігання, транспортування та переробки великих обсягів формувальних сумішей (до 10-12 т на 1т. виливків).
Для повного чи часткового усунення зазначених недоліків застосовуються способи спеціального лиття.

Лиття в оболонкові форми (ОФ) (фільм) полягає в тому, що необхідно виготовляти за допомогою нагрітої металевої плити дві напівформи товщиною 6...20 мм з формувальної суміші, що складається з піску та фенолформальдегідної смоли як сполучна. Готові оболонкові напівформи з'єднують клеєм, що швидко твердіє, на спеціальних пресах або скріплюють скобами, попередньо встановивши в них ливарні стрижні.
Аналогічно можуть бути виготовлені оболонкові, використовуючи стрижневі ящики, що нагріваються. Після збирання форми поміщають у нероз'ємні опоки, які засипають піском або дробом.
Піщано-смоляна містить дрібнозернистий пісок, яка має високу рухливість внаслідок наявності розплавленої смоли. Це дозволяє отримувати високу точність відбитка та низьку шорсткість поверхонь виливка. При заливанні рідкого металу утворюється тонка газова сорочка, яка запобігає формувальній суміші. В результаті може бути досягнуто точності розмірів, що відповідає 4...11 квалітету, при цьому параметр шорсткості поверхні досягає значень Rа 40...10 мкм (табл. 13.1.).
Лиття в оболонкові форми дозволяє зменшити, в порівнянні з литтям у піщані форми, об'єм обрубних і очисних робітприблизно на 50%, витрата металу - на 30-50%, скорочує обсяг подальшої механічної обробки на 40-50%, витрата формувальної суміші - в 10-20 разів ( фільм). Процес отримання виливка може бути повністю механізований.
Головним недоліком оболонкового лиття є висока вартість сполучної речовини (фенолформальдегідних смол). Виготовлення ливарних форм проводиться за допомогою більш дорогої металевої. Лиття в ОФ застосовується в основному для отримання виливків таких деталей, як втулки, муфти, фланці та ін Висока якість тонкостінних виливків може бути отримана з чавуну, вуглецевої або легованої сталі і кольорових металів.

Лиття по виплавлюваних моделях (ВМ) (фільм) є технологічним процесом, для реалізації якого застосовують цілісні моделі з легкоплавких матеріалів на основі парафіну, полістиролу або інших термопластичних полімерів. Моделі разом з елементами литникової системи покриваються декількома шарами рідкої формувальної суміші, що складається з дрібнодисперсного вогнетривкого матеріалу і сполучного (зазвичай етилсилікату або рідкого скла), з проміжним підсушуванням кожного шару. Далі модель виплавляється і виходить тонка порожниста керамічна оболонка завтовшки 1,5...4,0 мм. Ливарну форму встановлюють в опоку та засипають зовні піском для надання додаткової міцності при заливанні металу. Потім оболонка прожарюється у печі при температурі 900-1000ºС і метал заливається відразу після закінчення прожарювання, тобто. у гарячу форму.
Механічна обробка одержаних заготовок зводиться до мінімуму або може бути повністю виключена. У той же час - це найскладніший, найдовший і трудомісткий спосіб лиття.
Литтям по ВМ економічно вигідно виготовляти складні конфігурації заготівлі, яким пред'являють високі вимогипо точності розмірів та шорсткості поверхні. Зазвичай отримують виливки з високолегованих сталей, кольорових сплавів і жароміцних матеріалів, що погано обробляються різанням або мають низькі ливарні властивості. Основна частина економії при цьому способі лиття досягається за рахунок зменшення маси заготівлі та обсягу її механічної обробки різанням.

Після створення моделей, за якими будуть виготовлені виливки, часто виникає необхідність їх оперативної зміни і доопрацювання. Ця проблема успішно вирішується за допомогою сучасних технологійшвидкого прототипування, які ще максимально точно наближають геометрію отриманої моделі до геометрії її комп'ютерного 3D представлення.
Прототипування (Rapid Prototyping - RP) є технологією швидкого виготовлення прототипів виливків, що дозволяє за об'ємними комп'ютерними моделями (3D) створювати тривимірні фізичні вироби без інструментального їх виготовлення ( фільм). Технологія стала доступною завдяки появі 3D пристроїв (принтерів), що забезпечують пошарове формування виробу (моделі). Традиційний метод виготовлення моделей є трудомістким і дозволяє виготовити моделі складної форми. 3D принтери формують геометрично складні прототипи (моделі) із внутрішніми елементами протягом кількох годин. Процес побудови автоматизований і дає можливість отримувати якісні, порівняно недорогі вироби в найкоротший термін.

Три розглянутих способи лиття при всій їх відмінності мають одну загальну межу- є одноразовими та витрати на їх виготовлення повністю переносяться на вартість деталі. Тому природно прагнення використовувати багаторазово використовувані форми зокрема, металеві.

ЛИТТЯ В БАГАТОКРАТНО ВИКОРИСТОВУВАНІ ФОРМИ

Лиття в кокіль (К) (фільм) полягає у використанні металевої - кокіля, який може бути виготовлений та зібраний з високою точністю. Висока стійкість чавунних кокілів значною мірою окупається їх високою стійкістю: вони витримують до 8-10 тисяч заливок мідних сплавів; десятки та сотні тисяч заливок алюмінієвих та магнієвих сплавів; 50 ... 500 сталевих виливків і 4000 ... 8000 виливків з чавуну.
Литтям у кокіль отримують виливки зі стабільними та точними розмірами (4...11 квалитет), при цьому параметр шорсткості може досягати Ra40...10мкм. У зв'язку з великою теплопровідністю матеріалу форми швидкість велика. Це підвищує механічні властивості виливка, за рахунок отримання дрібнозернистої структури, на 10-15%, але ускладнює виготовлення виливків з тонкими стінками.
При переході з лиття до ПФ на лиття в кокіль витрата металу скорочується на 10-20% за рахунок зменшення маси литникової системи. Трудомісткість механічної обробки внаслідок зменшення та високої точності розмірів знижується у 1,5-2 рази.
Лиття в кокіль має ряд технологічних особливостей, що накладають жорсткі обмеження на конфігурацію виливків. Висока теплопровідність металевої форми сприяє швидкого охолодженняпотоку розплавленого металу та може викликати його затвердіння до закінчення заповнення. Тому литтям у кокіль відносно важко отримати виливки з тонкими стінками, вузькими ребрами та іншими аналогічними елементами. Це вимагає високих температур заливки, які погіршують характеристики матеріалу виливки та знижують стійкість кокілів. Можна використовувати спеціальні технологічні прийоми, наприклад, попередній розігрів кокіля, нанесення термоізоляційних покриттів (облицьовування) на його внутрішні поверхні, застосування розгалуженої литникової системи з багатьма живильниками та ін. Однак ці заходи ускладнюють технологічний процес, тому не завжди доцільні. Більш технологічними є відносно прості виливки зі стінками не тонше 3 мм (табл.13.1).
Наступне обмеження обумовлено низькою газопроникністю металевої форми, що перешкоджає видаленню газів, що виділяються з розплаву при його затвердінні. Наслідком цього є підвищена виливка металу, низька щільність і недостатня герметичність. Тому при проектуванні кокілів передбачають складну систему вентиляційних каналів, а при заливанні вакуумують форму, розплав і обмежують номенклатуру сплавів, що використовуються.
Певні обмеження на конфігурацію деталей накладають вимоги можливості вилучення виливка з форми та металевих стрижнів з виливка. Складні за конфігурацією внутрішні порожнини та отвори нерідко доводиться оформляти піщаними стрижнями.
У всіх випадках найбільш технологічними є виливки з кольорових легкоплавких сплавів, при використанні яких забезпечується максимальна стійкість кокілів.

Відцентрове лиття (Ц) (фільм) полягає в заливанні рідкого металу в форму, що обертається (виливницю), яка обертається до закінчення металу. Цим способом лиття виготовляють заготовки з точністю розмірів відповідним 6...14 квалітету, а шорсткість поверхонь - Ra80...20мкм.
За рахунок обертання виливниці досягається велика щільність металу виливки, що підвищується, практично відсутні витрати на виготовлення стрижнів. При цьому способі лиття значно знижується витрата металу, так як відсутні або дуже мала літникова система. В результаті дії відцентрових сил неметалеві включення накопичуються на внутрішній поверхні виливки і можуть бути видалені механічною обробкою.
До недоліків відцентрового лиття слід віднести: неточність розмірів, низьку якість внутрішньої поверхні виливки; складність отримання заготовок із сплавів, схильних до; можливість виникнення поздовжніх та поперечних тріщин у результаті високих відцентрових сил та утрудненого відливання.
Відцентрове лиття застосовується виготовлення труб, втулок (рис.13 а), махових і зубчастих коліс, ободів (рис. 13 б) тощо.

Рис. 21.1.Схеми способів виготовлення виливків на відцентрових машинах
а – з вертикальною віссю обертання; б - з горизонтальною віссю обертання
1 – заготівля; 2 - розливний ківш; 3 - виливниця; 4 – ливарна форма.

Зокрема, чавунні труби виготовляють діаметром 50...1000 мм із високою продуктивністю. Виливки одержують із чавуну, вуглецевих та легованих сталей, іноді з кольорових сплавів. Можливе одержання біметалічних виробів. Технологічні можливості цього способу лиття наведено у табл. 13.1.

Лиття під тиском (Д) (фільм) полягає в тому, що рідкий метал під тиском з великою швидкістюзаповнює порожнину металевої прес-форми та кристалізується. Додаток тиску сприяє кращій заповнюваності, підвищує точність розмірів виливків, зменшує шорсткість їх поверхні в результаті більш щільного контакту з формою і дозволяє отримувати більш складні тонкостінні виливки. У зв'язку з цим можна відлити заготовки товщиною стінок до 0,5 мм, точність розмірів яких відповідає 3...8 квалітету, а шорсткість поверхні - Ra 10...2,5 мкм (табл. 13.1)

Рис. 13.1 Cхема установки для лиття під тиском
а – заповнення камери; б – заповнення прес-форми.

Недоліками лиття під тиском є:
- складність та тривалість виготовлення прес-форм, їх висока вартість та невелика стійкість, особливо при виготовленні виливків зі сплавів з високою температурою плавлення;
- важко виключити газову у виливках, яка не тільки знижує герметичність, а й не дозволяє проводити термообробку виробу;
- Низька податливість форми викликає виникнення залишкових напруг;
- складно виготовляти та витягувати виливки зі складними порожнинами.
Зазначені недоліки обмежують номенклатуру виливків та сплавів, з яких вони можуть бути виготовлені.
Литтям під тиском отримують тонкостінні виливки масою від кількох грамів до кількох десятків кілограмів з цинкових, алюмінієвих, магнієвих та мідних сплавів. Можливе виготовлення армованих виливків. Найчастіше цей спосіб лиття застосовують в автомобільній, авіаційній, електро-і радіопромисловості, в приладобудуванні. Порівняно з литтям у піщані маса виливки знижується у кілька разів.

Штампування твердорідкого металу . Сутність цього технологічного процесу полягає в тому, що металева ливарна форма встановлюється на пресі, проводиться заливка металу при температурі нижче за температуру ліквідуса і прикладається тиск пуансону до 30 МПа і більше.
На відміну від лиття під тиском, де метал заливається в рідкому стані, розплаву в більшості випадків відбувається у вільному стані, а тиск впливає на заповнення форми, при штампуванні рідкого металу тиск пуансону не знижується до закінчення процесу кристалізації. Високий тиск у початковий момент застосування сили сприяє повному розчиненню газів, що містяться в розплаві, і заповненню розплавом найвужчих зазорів прес-форми. У процесі кристалізації тиск викликає пластичне деформування затверділого металу і усуває характерну для лиття металеві форми виливків; подрібнює кристаліти та підвищує однорідність мікроструктури по перерізу заготовок. Крім того, оливки мають характеристики, порівняні з властивостями заготовок, отриманих обробкою тиском (гарячим об'ємним штампуванням), і досягається найвища точність розмірів виливків.
Штампування твердорідкого металу, по суті, є проміжним способом між литтям та гарячим об'ємним штампуванням. Тому вимога до технологічності конструкцій включає всі обмеження, властиві лиття під тиском, і додаткові, які пред'являють до заготовок отриманим об'ємним штампуванням.

13.3. Вибір раціонального способу лиття заготовки проектованої деталі

У процесі проектування технологічних виробів конструктор має забезпечити як їх експлуатаційні характеристики, а й оптимізувати Витрати виготовлення.
Одну й ту саму деталь можна виготовляти із заготовок, отриманих у різний спосіб. Основним принципом вибору способу отримання виливка є забезпечення максимального наближення її розмірів до деталі, що проектується. У цьому випадку суттєво скорочується витрата металу, обсяг механічної обробки та виробничий цикл виготовлення деталі. Однак при цьому в заготівельному виробництвізбільшуються витрати на технологічне обладнаннята оснащення, їх ремонт та обслуговування. Тому при виборі способу отримання заготівлі слід проводити техніко-економічний аналіз двох етапів виробництва - заготівельного та механообробного.
Основними факторами, що визначають вибір способу отримання виливка, є ті ж, що і при проектуванні деталей, що виготовляються з поковок. Конструкторсько-технологічними ознаками виробу є форма та розміри заготівлі; необхідна точність та властивості поверхневого шару; технологічні властивості матеріалу заготівлі та програма випуску виробів.
Форми та розміри заготівлі. Лиття в піщані форми і за моделями, що виплавляються, дозволяє отримувати заготовки складної форми з різними порожнинами і отворами. У той же час деякі способи лиття (лиття під тиском, відцентрове лиття та ін.) висувають певні обмеження до форми виливки та умов її виготовлення.
Для лиття у піщані форми розміри заготовки практично не обмежені. Нерідко обмежуючим параметром у цьому випадку є мінімальні розміривироби (наприклад, товщина стінки виливки).
Форма(група складності) та розміри(Маса) виливків впливають на їх собівартість. Причому маса заготівлі впливає активніше, оскільки з нею пов'язані витрати на обладнання, оснащення тощо.
Необхідна точність та властивості поверхневого шару заготовки. Точність геометричних форм і розмірів заготовок істотно впливає їх собівартість. Чим вищі вимоги до точності виливків, тим вища вартість їхнього виготовлення. Це визначається головним чином збільшенням вартості оснастки, зменшенням допуску на її зношування, застосуванням обладнання з більш високими параметрами точності, збільшенням витрат на його утримання та експлуатацію та ін.
Властивості поверхневого шару заготовки позначається на можливості її подальшої обробки та на експлуатаційних властивостях деталі (наприклад, міцність втоми, зносостійкість). Воно формується на всіх стадіях виготовлення заготовки. Вибраний спосіб визначає не тільки шорсткість, а й фізико-механічні властивості поверхневого шару.
Як приклад порівняємо заготовки, одержувані литтям у піщані форми та під тиском. У першому випадку отримують шорстку неточну поверхню. При обробці такої заготовки різанням виникає нерівномірне навантаження на інструмент, що, своєю чергою, знижує точність обробки.
Заготівля, отримана литтям під тиском, має низьку шорсткість (табл. 13.1), але у зв'язку з високою швидкістю охолодження та відсутністю податливості в поверхневому шарі виливки виникають залишкові напруги розтягування, які можуть призвести до збирання заготівлі та утворення тріщин.
Технологічні властивості матеріалу виливки. Кожен спосіб виготовлення заготовок вимагає матеріалу певного комплексу ливарних властивостей. Тому часто технологічні властивості матеріал накладає обмеження на вибір способу отримання виливка. Так, має високі ливарні властивості, тому виливки цього сплаву можуть бути отримані всіма відомими способами лиття. При отриманні заготовок з високолегованих сталей, що характеризуються низькою рідиною, застосовують, як правило, найдорожчий спосіб - лиття по моделям, що виплавляються.
Технологічні властивості впливають на собівартість виготовлення виливків. Наприклад, перехід при виготовленні виливків від чавуну до сталі підвищує собівартість заготовок (не враховуючи вартості матеріалу) на 20-30%.
Якщо заготовки з одного й того матеріалу отримувати різними способами лиття, то вони матимуть не ідентичні властивості поверхневого шару (табл. 22.1). Так, при виготовленні виливків литтям у піщані форми шорсткість становить R80-20 мкм, а при литті під тиском R10-2,5 мкм.
Типвпливає на вибір способу отримання виливків. Наприклад, в умовах великосерійного та масового виробництва рентабельні способи лиття з використанням металевих та оболонкових форм. Для отримання виливків з важкооброблюваних матеріалів в цих умовах можливе застосування лиття за моделями, що виплавляються, а при виготовленні тонкостінних заготовок з кольорових сплавів з Т плав. Із зменшенням кількості однакових виробів може окупатися лише просте та недороге оснащення. Так, у дрібносерійному та одиничному виробництві застосовують лиття у піщану форму з використанням дерев'яних моделей. При цьому виливки мають напуски та ливарні ухили більше, ніж при виготовленні заготовок спеціальними способами лиття. Зі збільшенням програми випуску виливків стає економічно доцільно використовувати металеві модельні плити при лиття в піщані форми та виготовляти ливарні форми та виливки на автоматичних лініях або застосовувати дорожчі спеціальні способи лиття. У цьому випадку можливе одержання заготовок з високими властивостями поверхневого шару та з меншими допусками розмірів та припусками на механічну обробку.
Виробничі можливості підприємства. При організації виробництва нового типу деталей, що проектуються, крім розробки технологічних процесів, слід встановити необхідність придбання нового обладнання, виробничих площ, додаткових матеріаліві т.п. У цьому випадку вибір обладнання, оснастки та матеріалів проводиться на підставі попереднього техніко-економічного аналізу.
p align="justify"> Процес проектування виробів, виготовлення яких передбачається в умовах діючого підприємства, слід пов'язати з технологічними можливостями. Для цього необхідно мати відомості про тип і кількість наявного обладнання, виробничі площі, можливості ремонтної бази, допоміжних служб і т.д.
Багато із згаданих факторів взаємопов'язані. Наприклад, впровадження лиття у металеві форми дозволяє значно знизити потребу у виробничих площах у ливарному цеху, за рахунок зменшення габаритних розмірів машин, зниження витрати формувальних матеріалів тощо. Але, з іншого боку, виготовлення та ремонт кокілів потребує додаткових витрат в інструментальних та ремонтних цехах.

13.4. Ливарні властивості сплавів та їх вплив на конструктивні розміри та форму виливків

До ливарних властивостей відносять технологічні властивості металів та сплавів, які виявляються при заповненні форми, кристалізації та охолодженні виливків у формі. Найбільш важливі ливарні властивості - це, (об'ємна і ливарна), схильність сплавів до утворення тріщин, поглинання газів, та ін.
Рідкотекучість- це здатність металів і сплавів текти в розплавленому стані каналами, заповнювати її порожнини і чітко відтворювати контури виливки.
Рідина ливарних сплавів залежить від температурного інтервалу кристалізації, в'язкості і поверхневого натягу розплаву, температури металу і форми, при заливанні і т.д.
Технічно чисті метали і сплави, що кристалізуються при постійній температурі (евтектичні сплави), володіють кращою рідиною, ніж сплави, що утворюють тверді розчини і твердіють в інтервалі температур. Зі збільшенням поверхневого натягу рідина плинність зменшується тим інтенсивніше, чим тонший канал у ливарній формі. З підвищенням температури заливки розплавленого металу та температури форми рідина плинність покращується. Збільшення теплопровідності матеріалу форми знижує. Так, піщана форма відводить тепло з меншою швидкістю, і розплавлений метал заповнює її краще ніж металеву форму.
Рідину сплавів залежить також від хімічного складу: фосфор, кремній та вуглець покращують її, а сірка погіршує Сірий чавун містить вуглецю і кремнію більше, ніж сталь, і тому має кращу рідину.
Мінімально можлива товщина стінки для різних ливарних сплавів не однакова і становить при литті в піщані для виливків з: дрібних – 3-4 мм, середніх – 8-10 мм, великих – 12-15 мм; а для виливків зі сталі - відповідно 6-7 мм, 10-12 мм та 15-20 мм.
Рідину металу визначають шляхом заливання спеціальних технологічних проб і оцінюють лінійними розмірами заповненої порожнини каналу певної форми. Найбільшою рідиною є сірий чавун, найменшою - магнієві сплави.
Усадка- властивість ливарних сплавів зменшувати об'єм при затвердінні та охолодженні. Усадочні процеси у виливках протікають з моменту заливання розплавленого металу у форму аж до охолодження виливки. Розрізняють лінійну та об'ємну усадку, виражену у відносних одиницях.
Лінійне усадження- Зменшення ливарних розмірів виливки при її охолодженні від температури, при якій утворюється міцна кірка, здатна протистояти тиску розплавленого металу, до температури довкілля. Лінійне усадження визначають співвідношенням

ε лін = (l ф -l від). 100%/l ф,

де l ф і l від - Розміри порожнини форми і виливки при температурі 20°С.

На лінійне усадження впливає хімічний склад сплаву; температура його заливання; швидкість охолодження металу у формі; маса, конструкція виливки та ливарної форми. Так, зменшується зі збільшенням вмісту вуглецю та кремнію. Усадку алюмінієвих сплавів зменшує підвищений вміст кремнію. Збільшення температури заливки у форму сплаву призводить до зростання усадки виливки. Величини лінійної усадки ливарних сплавів наведено у таблиці 13.2.

Таблиця 13.2

Лінійне усадження сплавів

		Лінійне усадження, %
Чавуни: Сірі Модифіковані та леговані Високолеговані Високоміцні Ковкі Білі	Дрібні Середні Великі Дрібні Дрібні Дрібні Дрібні	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 вуглецеві	Дрібні Середні Великі	1,8…2,2 1,6…2,1 1,4…1,8
Бронзи (олов'яні, безолов'яні) та латуні	Дрібні Середні Великі	1,4…1,6 1,0…1,4 0,8…1,2
Алюмінієві та магнітні сплави	Дрібні Середні Великі	0,8…1,2 0,5…1,0 0,3…0,8

Примітка: великі значенняусадки відносяться до простих виливків з вільною усадкою, а менші - до складних виливків із утрудненою усадкою.

Об'ємна усадка- Зменшення обсягу сплаву при його охолодженні в ливарній формі при формуванні виливки. Об'ємна усадка приблизно дорівнює потрійній лінійній усадці і проявляється у виливках у вигляді усадкових раковин, тріщин і короблення.
Усадкові раковини- Порівняно великі порожнини, розташовані в місцях виливки, що тверднуть останніми (рис. 13.1, а). Спочатку біля стін ливарної форми утворюється кірка твердого металу. Внаслідок того, що усадка розплаву при переході з рідкого стану в тверде перевищує усадку кірки, рівень металу в незатверділій частині виливки знижується до рівня а-а.
Наступного часу на кірці наростає новий шар, а рівень рідини знижується до рівня б-б. Так триває доти, доки не закінчиться процес затвердіння. Зниження рівня розплаву при твердінні призводить до утворення зосередженої усадкової раковини. Зосереджені усадкові раковини утворюються при виготовленні виливків із технічно чистих металів, сплавів евтектичного складу з вузьким інтервалом кристалізації.

Рис. 13.2Схема утворення усадкової раковини (а) та усадкової (б):
1 – кірка твердого металу; 2 – новий твердий шар металу; 3 - усадкова раковина;
4 – рідка фаза; 5 - роз'єднані осередки; 6 - садибна пористість

Усадкова пористість- скупчення порожнин, що утворилися у виливку в великій зоні в результаті усадки в тих місцях виливки, які тверділи останніми без доступу до них металу розплавленого (рис. 13.1,б). Поблизу температури солідуса кристали зростаються один з одним. Це призводить до роз'єднання осередків, що містять залишки рідкої фази. Затвердіння невеликого обсягу металу в такому осередку відбувається без доступу до неї розплаву живлення з сусідніх осередків. В результаті усадки в кожному осередку виходить невелика садибна раковина. Безліч таких міжзеренних мікрозбіжних раковин утворює пористість, яка розташовується по межах кристалів металу.
Отримати виливки без усадкових раковин і пористості можна за рахунок безперервного підведення розплавленого металу в процесі до повного затвердіння. З цією метою на виливках встановлюють прибутки - резервуари, які забезпечують доступ розплавленого металу до ділянок виливків, що твердіють останніми.
Прибуток завжди може забезпечити доступ розплавленого металу до потовщеному ділянці виливки (рис. 13.2,а). У цьому місці утворюється садибна раковина та пористість. Установка на потовщену ділянку прибутку (рис. 13.2,б) попереджає утворення усадкової раковини та пористості.

Рис. 13.3Способи попередження усадкових раковин, пористості та тріщин у виливках:
1,3 – прибутки; 2 - садибна раковина; 4 - зовнішні холодильники;
5 – внутрішній холодильник; 6 - виливок

Попередити утворення усадкових раковин та пористості дозволяє установка у ливарну форму зовнішніх холодильників (рис. 13.2, в) або внутрішніх холодильників (рис. 13.2, г). Внаслідок високої теплопровідності та великої теплоємності холодильника відведення теплоти від масивної частини виливків відбувається інтенсивніше, ніж від тонкої. Це сприяє вирівнюванню швидкостей затвердіння масивної та тонкої частин, а також усунення усадкових раковин та пористості. Внутрішні холодильники виготовляють їх того ж металу, що і виливок. При заповненні форми внутрішні холодильники частково розплавляються та зварюються з металом виливки.
У виливках в результаті нерівномірного затвердіння тонких і масивних частин і гальмування усадки формою при охолодженні виникають напруги, які тим вищі, чим менше податливість форми і стрижнів. Якщо величина напруги перевищить межу міцності ливарного сплаву в даній ділянці виливки, то в тілі її утворюються тріщини. Якщо ливарний сплав має достатню міцність, пластичність і здатний протистояти дії напруг, що виникають, то при перевищенні межі плинності спотворюється геометрична форма виливки після вилучення її з.
Гарячі тріщиниу виробах виникають у процесі кристалізації та усадки металу при переході з рідкого стану в твердий при температурі близької до температури солідусу. Гарячі тріщини проходять по межах кристалів і мають окислену поверхню. Схильність сплавів до утворення гарячих тріщин збільшується за наявності неметалевих включень, газів (водню, кисню), сірки та інших домішок. Крім того, утворення гарячих тріщин у виливках викликають різкі переходи від товстої частини до тонкої, гострі кути, виступаючі частини тощо. буд.
Для попередження виникнення гарячих тріщин у виливках необхідно створити умови, що сприяють формуванню дрібнозернистої структури; забезпечити одночасне охолодження тонких та масивних частин виливків; збільшувати податливість ливарних форм; по можливості знижувати температуру заливання металу.
Холодні тріщинивиникають у виробах, коли сплав повністю затвердів. Тонкі частини виливка охолоджуються і скорочуються швидше, ніж товсті. В результаті у виливку утворюються напруги, які викликають появу тріщин. Холодні тріщини найчастіше утворюється в тонкостінних виливках складної конструкції зі сплавів з високими пружними властивостями та усадкою при знижених температурах, а також низькою теплопровідністю. Небезпека утворення холодних тріщин у виливках посилюється наявністю у сплаві шкідливих домішок (наприклад, фосфору в сталях).
Для запобігання утворенню холодних тріщин необхідно забезпечувати рівномірне охолодження виливків у всіх перерізах шляхом використання холодильників, застосовувати сплави з високою пластичністю, проводити відпал виливків тощо.
Короблення- Зміна форми та розмірів виливки під впливом напруг, що виникають при охолодженні. Короблення збільшується при малій податливості форми і стрижнів, ускладненні конфігурації виливки та підвищення швидкості охолодження, яка викликає нерівномірне охолодження між окремими частинами виливки та різну усадку. Для попередження короблення необхідно створити раціональну конструкцію виливка, що забезпечує рівномірне охолодження. Застосування холодильників (внутрішніх, зовнішніх) дозволяє вирівнювати швидкість охолодження масивних та тонких частин виливка.
Ліквація- неоднорідність хімічного складу металу у різних частинах виливки. Вона виникає в процесі затвердіння виробу через різну розчинність окремих компонентів сплаву в його твердій та рідкій фазах. Чим більша ця відмінність, тим неоднорідніше розподіляється домішка по перерізу виливки. Для зменшення збільшують швидкість охолодження заготовки.
Схильність до газопоглинання – це здатність ливарних сплавів у рідкому стані розчиняти кисень, азот та водень. Їхня розчинність зростає з перегріванням розплаву (температури заливання). Рух металу у формі дрібними струмками або турбулентними потоками також сприяє підвищенню розчинності газів. При надмірному вмісті газів вони виділяються з розплаву у вигляді газових бульбашок, які можуть спливати на поверхню або залишатися у виливку, утворюючи газові раковини, пористість або неметалеві включення, що знижують механічні властивості та герметичність виливків.
Для зменшення газових раковин і пористості у виливках плавку металу слід вести під шаром флюсу або серед захисних газів з використанням добре просушених шихтових матеріалів. Крім того, необхідно збільшувати газопроникність форми та стрижнів, знижувати вологість формувальної суміші, підсушувати форми тощо.
У виливках також можуть виникати такі дефекти як недолив, перекіс, шлакові раковини та ін.
Недоліввиникає при неправильній конструкції литникової системи, недостатньої сплаву або витоку металу в роз'єм форми.
Перекісможе бути викликаний неточною складання стрижнів або форми, випадковим зрушенням напівформ, викликаним зовнішнім впливом.
Для запобігання спотвореним виливкам слід пропрацювати більш раціональну конструкцію виливки та технологію лиття.
Шлакові раковиниутворюються при зниженій в'язкості шлаку, недостатній ефективності литникової системи, неправильній або недбалій заливці.
Пригар- Поверхневий дефект, що виникає через занадто високу температуру заливки, зайву тривалість затвердіння, слабкого ущільнення або низької якості формувальної суміші.
Зовнішні дефекти виливків виявляються зовнішнім оглядом безпосередньо після вилучення заготовок з форми або після їх очищення, а внутрішні виявляються радіографічними та ультразвуковими методами.
При використанні радіографічних методів (рентгенографії, гамографії) на виливки впливають рентгенівським або гамма-випромінюванням. За допомогою цих методів виявляють наявність дефекту, величину та глибину його залягання.
При ультразвуковому контроліхвиля, що проходить через стінку виливки, при зустрічі з межею дефекту (тріщиною, раковиною та ін) частково відбивається. За інтенсивністю відображення судять про наявність, розміри та глибину залягання дефектів.
Тріщини у виливках виявляють люмінесцентним контролем, магнітною або кольоровою дефектоскопією.
Виявлені дефекти можуть бути виправні та невиправні. Так, короблення сталевих виливків може бути виправлено редагуванням. Зовнішні дефекти заварюють дуговий або газовим зварюванням. При недоливі великих виливків іноді допускається виправлення дефектів заливкою рідкого металу. Раковини та пористість усувають просоченням або закладають різними замазками, шпаклівкою або клеями. Невиправний шлюб вимагає перегляду конструкції виливки або технології її отримання.

Запитання для самоконтролю

1. Які фактори впливають на якість одержуваної виливки?
2. Сформулюйте технологічні можливості способів отримання виливків в одноразові металеві форми, що багаторазово використовуються.
3. Які фактори впливають на вибір раціонального способу лиття для виготовлення заготівлі деталі, що проектується?
4. Які засоби лиття вам відомі?
5. Які ливарні властивості впливають на якість одержуваних виливків? Наведіть приклади розплавів із високими та низькими ливарними властивостями.
6. Які хімічні елементиЧи впливають на ливарні властивості залізовуглецевих розплавів? Які фактори впливають на рідину розплаву? Поясніть вплив рідини на конструкцію виливки.
7. Назвіть основні фактори, що впливають на усадку в процесі отримання виливків. Які дефекти виникають у заготовках внаслідок усадки?
8. Внаслідок яких причин виникає короблення виливків при їх виготовленні?

Литтям піддаються всі метали. Не всі метали мають однакові ливарними властивостями, зокрема жидкотекучостью – здатністю заповнювати ливарну форму будь-якої конфігурації. Ливарні властивості залежать головним чином від хімічного складу та структури металу. Важливе значення має температура плавлення. Метали з низькою температурою плавлення легко піддаються промисловому литтю. Зі звичайних металів найвища температура плавлення у сталі. Метали поділяються на чорні та кольорові. Чорні метали – це сталь, ковкий чавун та ливарний чавун. До кольорових відносяться всі інші метали, що не містять значних кількостей заліза. Для лиття застосовуються, зокрема, сплави на основі міді, нікелю, алюмінію, магнію, свинцю та цинку. СПЛАВИ.

Чорні метали.

Стали.

Розрізняють п'ять класів сталей для промислового лиття: 1) маловуглецеві (з вмістом вуглецю менше 0,2%); 2) середньовуглецеві (0,2-0,5% вуглецю); 3) високовуглецеві (понад 0,5% вуглецю); 4) низьколеговані (менше 8% легуючих елементів) та 5) високолеговані (понад 8% легуючих елементів). На середньовуглецеві сталі припадає основна маса виливків із чорних металів; такі виливки є, як правило, промисловою продукцією стандартизованої сортності. Різні видилегованих сталей розроблені для досягнення високої міцності, пластичності, ударної в'язкості, корозійної стійкості, теплостійкості та міцності втоми. Литі сталі за своїми властивостями близькі до кутої сталі. Межа міцності такої сталі при розтягуванні становить від 400 до 1500 МПа. Маса виливків може змінюватися в широкому діапазоні – від 100 г до 200 т і більше, товщина у перерізі – від 5 мм до 1,5 м. Довжина виливка може перевищувати 30 м. Сталь – універсальний матеріал для лиття. Завдяки своїй високій міцності та пластичності вона є чудовим матеріалом для машинобудування.

Ковкий чавун.

Існують два основні класи ковкого чавуну: звичайної якості та перлітний. Виливають також з деяких легованих ковких чавунів. Межа міцності при розтягуванні ковкого чавуну становить 250-550 МПа. Завдяки своїй втомній міцності, високій жорсткості та гарній оброблюваності він ідеальний для верстатобудування та багатьох інших масових виробництв. Маса виливків становить від 100 г до кількох сотень кілограмів, товщина в перерізі зазвичай не більше 5 см.

Ливарний чавун.

До ливарних чавунів відносять широкий діапазон сплавів заліза з вуглецем і кремнієм, що містять 2-4% вуглецю. Для лиття застосовуються чотири основні види ливарного чавуну: сірий, білий, вибілений та половинчастий. Межа міцності при розтягуванні ливарного чавуну становить 140–420 МПа, а деяких легованих ливарних чавунів – до 550 МПа. Для ливарного чавуну характерні низька пластичність та низька ударна міцність; у конструкторів він вважається тендітним матеріалом. Маса виливків – від 100 г до кількох тонн. Виливки з ливарного чавуну використовуються практично у всіх галузях промисловості. Їхня собівартість невелика, і вони легко обробляються різанням.

Чавун з кулястим графітом.

Кулясті включення графіту надають чавуну пластичність та інші властивості, що вигідно відрізняють його від сірого чавуну. Кулястість включень графіту досягається шляхом обробки чавуну магнієм або церієм безпосередньо перед литтям. Межа міцності при розтягуванні чавуну з кулястим графітом становить 400-850 МПа, пластичність - від 20 до 1%. Щоправда, для чавуну з кулястим графітом характерна низька ударна міцність зразка з надрізом. Виливки можуть мати як велику, так і малу товщину у перерізі, маса – від 0,5 кг до кількох тонн.

Кольорові метали.

Мідь, латунь та бронза.

Існує багато різних сплавів на основі міді, придатних для лиття. Мідь застосовується у тих випадках, коли необхідна висока тепло- та електропровідність. Латунь (сплав міді з цинком) використовується, коли бажаний недорогий помірно корозійностійкий матеріал для виготовлення різноманітних виробів загального призначення. Межа міцності при розтягуванні литої латуні становить 180-300 МПа. Бронза (сплав міді з оловом, до якого можуть додаватися цинк та нікель) застосовується в тих випадках, коли потрібна підвищена міцність. Межа міцності при розтягуванні литих бронз становить 250-850 МПа.

Нікель.

Мідно-нікелеві сплави (типу монель-металу) мають високу корозійну стійкість. Для сплавів нікелю з хромом (типу інконелю та ніхрому) характерний високий тепловий опір. Молібдено-нікелеві сплави відрізняються високою стійкістю до соляної кислоти та окислювальних кислот при підвищених температурах.

Алюміній.

Литі вироби з алюмінієвих сплавів останнім часом застосовуються все ширше завдяки їхній легкості та міцності. Такі сплави мають досить високу корозійну стійкість, хорошу тепло- і електропровідність. Міцність на розтяг литих алюмінієвих сплавів знаходиться в межах від 150 до 350 МПа.

Магній.

Магнієві сплави застосовуються там, де першому місці стоїть вимога легкості. Межа міцності при розтягуванні литих магнієвих сплавів становить 170-260 МПа.

Титан.

Титан – міцний та легкий матеріал – плавиться у вакуумі та відливається у графітові форми. Справа в тому, що в процесі охолодження поверхня титану може забруднюватись внаслідок реакції з матеріалом форми. Тому титан, відлитий у будь-які інші форми, крім форм з механічно обробленого та пресованого порошкового графіту, виявляється сильно забрудненим з поверхні, що проявляється у підвищеній твердості та низькій пластичності при згині. Титанове лиття застосовується головним чином авіакосмічної промисловості. Міцність розтягування литого титану – понад 1000 МПа при відносному подовженні 5%.

Рідкісні та дорогоцінні метали.

Виливки із золота, срібла, платини та рідкісних металів застосовуються в ювелірній справі, зуболікарській техніці (коронки, пломби), литтям виготовляються також деякі деталі електронних компонентів.

СПОСОБИ ЛИТТЯ

Основні способи лиття такі: статична заливка, лиття під тиском, відцентрове лиття та вакуумне заливання.

Статичне заливання.

Найчастіше застосовується статична заливка, тобто. заливка у нерухому форму. При такому способі розплавлений метал (або неметал – пластмаса, скло, керамічна суспензія) просто заливається в порожнину нерухомої форми до її заповнення та витримується до затвердіння.

Лиття під тиском.

Ливарна машина заповнює металеву (сталеву) ливарну форму (яка зазвичай називається прес-формою та може бути багатогніздною) розплавленим металом під тиском від 7 до 700 МПа. Переваги такого методу – висока продуктивність, висока якість поверхні, точні розміри литого виробу та мінімальна потреба у його механічній обробці. Типові метали для лиття під тиском – сплави на основі цинку, алюмінію, міді та олова-свинцю. Завдяки низькій температурі плавлення такі сплави дуже технологічні і дозволяють забезпечити малі допуски на розміри та чудові характеристики виливків.

Складність конфігурації виливків у разі лиття під тиском обмежується тим, що при відокремленні від прес-форми виливок може бути пошкоджений. Крім того, дещо обмежена товщина виробів; більш переважні вироби тонкого перерізу, в якому розплав швидко та рівномірно твердне.

Ливарні машини для лиття під тиском бувають двох типів – з холодною та гарячою камерою пресування. Машини з гарячою камерою пресування використовуються в основному для сплавів на основі цинку. Гаряча камера пресування занурена у розплавлений метал; під невеликим тиском стисненого повітря або під дією поршня рідкий метал витісняється з гарячої пресування камери в прес-форму. У ливарних машинах з холодною камерою пресування, розплавлений алюмінієвий, магнієвий або мідний сплав заповнює прес-форму під тиском від 35 до 700 МПа.

Виливки, отримані литтям під тиском, застосовуються в багатьох побутових приладах (пилососах, пральних машинах, телефонних апаратах, світильниках, друкарських машинках) і дуже широко – в автомобільній промисловості та у виробництві комп'ютерів. Виливки можуть бути масою від кількох десятків грамів до 50 кг і більше.

Відцентрове лиття.

При відцентровому литті розплавлений метал заливається в піскову або металеву ливарну форму, що обертається навколо горизонтальної або вертикальної осі. Під дією відцентрових сил метал відкидається від центрального литника до периферії форми, заповнюючи її порожнини, і твердне, утворюючи виливок. Відцентрове лиття економічне і для деяких видів виробів (осесиметричного типу труб, кілець, обічаків тощо) більше підходить, ніж статична заливка.

Вакуумне заливання.

Такі метали, як титан, леговані сталі та жароміцні сплави, плавляться у вакуумі та заливаються у багаторазові форми, наприклад графітові, поміщені у вакуум. При цьому методі значно знижується вміст газів у металі. Зливки та виливки, одержувані вакуумною заливкою, важать не більше кількох сотень кілограмів. В окремих випадках великі кількості сталі (100 т і більше), виплавленої за звичайною технологією, розливають у вакуумній камері у встановлені в ній виливниці або ливарні ковші для подальшого лиття на повітрі. Металургійні вакуумні камери великих розмірів відкачуються багатонасосними системами. Сталь, що одержується таким методом, використовується для виготовлення спеціальних виробів куванням або литтям; цей процес називається вакуумною дегазацією.

ЛИВАРНІ ФОРМИ

Ливарні форми поділяються на багаторазові та разові (пісочні). Багаторазові форми бувають металеві (виливниці та кокілі), або графітові або керамічні вогнетривкі.

Багаторазові форми.

Металеві форми (виливниці та кокілі) для сталі роблять зазвичай з чавуну, іноді – з жаростійкої сталі. Для лиття кольорових металів, таких, як латунь, цинк та алюміній, користуються чавунними, мідними та латунними формами.

Виливниці.

Це найпоширеніший вид багаторазових ливарних форм. Найчастіше виливниці роблять із чавуну і застосовують для отримання сталевих злитків на початковому етапівиробництва кованої або катаної сталі. Виливниці відносяться до відкритих ливарних форм, оскільки метал заповнює їх зверху самопливом. Застосовуються також «наскрізні» виливниці, відкриті і згори, і знизу. Висота виливниць може становити 1–4,5 м, діаметр – від 0,3 до 3 м. Товщина стінки виливка залежить від розмірів виливниці. Конфігурація може бути різною – від круглої до прямокутної. Порожнина виливниці дещо розширюється догори, що необхідно для вилучення зливка.

Готова до заливки виливниця розміщується на товстій чавунній плиті. Як правило, виливниці заповнюються зверху. Стінки порожнини виливниці повинні бути гладкими та чистими; при заливці потрібно стежити за тим, щоб метал не розхлюпувався та не розбризкувався на стінки. Залитий метал твердне у виливниці, після чого злиток виймають («роздягають злиток»). Після остигання виливниці її чистять зсередини, обприскують формувальною фарбою і використовують знову. Одна виливниця дозволяє отримати 70-100 злитків. Для подальшої обробки куванням або прокатуванням злиток нагрівають до високої температури.

Кокілі.

Це закриті металеві ливарні форми з внутрішньою порожниною, що відповідає конфігурації виробу, та литниковою (заливальною) системою, які виконуються шляхом механічної обробки в чавунному, бронзовому, алюмінієвому або сталевому блоці. Кокіль складається з двох або більшої кількості деталей, після з'єднання яких залишається лише невеликий отвір зверху для заливки розплавленого металу. Для формування внутрішніх порожнин у кокіль закладаються гіпсові, пісочні, скляні, металеві чи керамічні «стрижні». Литтям у кокіль отримують виливки зі сплавів на основі алюмінію, міді, цинку, магнію, олова та свинцю.

Лиття в кокіль застосовується лише у випадках, коли потрібно отримати щонайменше 1000 виливків. Ресурс кокіля сягає кількох сотень тисяч виливків. Кокіль йде в скрап, коли (через поступове вигоряння від розплавленого металу) починає неприпустимо знижуватися якість поверхні виливків і перестають витримуватися розрахункові допуски на їх розміри.

Графітові та вогнетривкі форми.

Такі форми складаються з двох або більшої кількості деталей, при з'єднанні яких утворюється необхідна порожнина. Форма може мати вертикальну, горизонтальну або похилу поверхню рознімання або розбиратися на окремі блоки; це полегшує вилучення виливки. Після отримання форми можна зібрати і використовувати знову. Графітові форми допускають сотні виливків, керамічні лише кілька.

Графітові багаторазові форми можна виготовити шляхом механічної обробки графіту, а керамічні легко формуються, так що вони значно дешевші за металеві форми. Графітові та вогнетривкі форми можуть використовуватися для повторного лиття у разі незадовільних виливків, отриманих литтям у кокіль.

Вогнетривкі форми роблять з порцелянової глини (каоліну) та інших високовогнетривких матеріалів. При цьому використовуються моделі з легкообробних металів або пластмаси. Порошкоподібний або гранульований вогнетрив замішують з глиною на воді, отриману суміш формують і заготівлю ливарної форми випалюють так само, як цегла або посуд.

Разові форми.

На пісочні ливарні форми накладається набагато менше усіляких обмежень, ніж будь-які інші. Вони придатні для отримання виливків будь-яких розмірів, будь-якої конфігурації з будь-якого сплаву; вони найменш вимогливі до конструкції виробу. Пісочні форми виготовляють із пластичного вогнетривкого матеріалу (зазвичай крем'янистого піску), надаючи йому потрібну конфігурацію, щоб залитий метал по твердінню зберіг цю конфігурацію і міг бути відокремлений від форми.

Формувальну суміш отримують, замішуючи на воді у спеціальній машині пісок з глиною та органічними сполучними.

При виготовленні піщаної форми в ній передбачають верхній литниковий отвір з «чашею» для заливки металу і внутрішню литникову систему каналів для живлення виливки розплавленим металом в процесі затвердіння, так як інакше через усадку при затвердінні (властивій більшості металів) у виливку можуть образ (усадкові раковини).

Оболонкові форми.

Такі форми бувають двох типів: з матеріалу з низькою температурою плавлення (гіпс) та з матеріалу з високою температурою плавлення (на основі тонкого порошку діоксиду кремнію). Гіпсову оболонкову форму виготовляють, замішуючи на воді гіпсовий матеріал з кріпителем (швидко затверділим полімером) до тонкої консистенції і облицьовуючи такою сумішшю модель виливки. Після того, як матеріал форми затвердіє, її розрізають, обробляють і сушать, а потім «спарюють» дві напівформи і заливають. Такий спосіб лиття придатний лише кольорових металів.

Лиття по воскових моделях, що виплавляються.

Такий метод лиття застосовується для дорогоцінних металів, сталі та інших сплавів з високою температурою плавлення. Спочатку виготовляють прес-форму, відповідну деталі, що відливається. Її зазвичай виконують із легкоплавкого металу або (механічною обробкою) з латуні. Потім, заповнюючи прес-форму парафіном, пластмасою або ртуттю (після цього заморожується), отримують модель для однієї виливки. Модель облицьовують вогнетривким матеріалом. Матеріал оболонкової форми одержують із тонкого порошку вогнетриву (наприклад, пудри діоксиду кремнію) та рідкого сполучного. Шар вогнетривкого облицювання ущільнюють вібрацією. Після того, як він затвердіє, форму нагрівають, парафінова або пластмасова модель розплавляється і рідина витікає з форми. Потім форму обпалюють для видалення газів і в нагрітому стані заливають рідким металом, який надходить самопливом, під тиском стисненого повітря або під дією відцентрових сил (в машині для відцентрового лиття).

Керамічні форми.

Керамічні форми виготовляються з порцелянової глини, силіманіту, мулліту (алюмосилікати) або інших високовогнетривких матеріалів. При виготовленні таких форм зазвичай користуються моделями з легкообробних металів або пластмаси. Порошкоподібні або гранульовані вогнетривкі матеріали змішують з рідким сполучним (етилсиликатом) до студнеподібної консистенції. Щойно виготовлена ​​форма пластична, тому модель можна витягти з неї, не пошкодивши порожнину форми. Потім форму обпалюють при високій температурі і заливають розплавом потрібного металу - сталі, твердого тендітного сплаву, сплаву на основі рідкісних металів та ін. Такий метод дозволяє виготовляти форми будь-яких типів і придатний як для дрібносерійного, так і для великосерійного виробництва.