2.3. Способы получения отливок и факторы выбора способов

Способы получения отливок определяются в основном:

а) видом применяемой литейной формы (разовая или многократная), причем разовые формы могут быть полыми во время заполнения расплавом или неполыми с газифицируемой моделью;

б) видом применяемой модели (разовая или постоянная);

в) материалом формы, в том числе связующего (например, кварцевые или цирконовые пески, металлы или графит в качестве основы формы; глина, жидкое стекло, смолы в качестве связующего);

г) толщиной стенки формы (толстостенные - более 30 мм, тонкостенные – 10 … 30 мм, оболочковые - до 10 мм, а также комбинированные - облицованные кокили, металлооболочковые формы);

д) способом заполнения формы расплавом (под действием атмосферного или избыточного давления, гравитационных или центробежных сил);

е) способом воздействия на кристаллизацию расплава (давление, электромагнитное поле, ультразвук, механическая вибрация).

Выбор способа получения конкретной отливки определяется многими факторами:

а) видом отливки, т.е. её конфигурацией, размерами, массой, толщиной стенок, типом и маркой сплава, требованиями к ней по размерной и массовой точности, чистоте поверхности, наличию дефектов и т.д.;

б) серийностью производства (единичное, серийное, мелко- или крупносерийное, массовое);

в) экономической целесообразностью.

Способ изготовления отливки в значительной мере определяет состав и структуру литейного цеха.

Около 80% отливок изготовляют в разовых толстостенных разъемных формах из дешевого кварцевого песка и связующего. По степени применения на первом месте среди связующих стоит глина, затем жидкое стекло, смолы, цемент и др. Иногда при изготовлении многотонных стальных или, реже, чугунных отливок применяют более дорогие хромитовые, хромомагнезитовые, магнезитовые и цирконовые дисперсные материалы. Остальные ~ 20% отливок изготовляют другими способами, которые получили название специальных. К ним относят изготовление отливок:

1) в металлических формах с гравитационным заполнением (кокильное литьё) и под высоким давлением (литьё под давлением);

2) в оболочковых неразъемных формах, изготовляемых по разовым выплавляемым моделям (литьё по выплавляемым моделям);

3) в оболочковых разъемных формах, изготовляемых по нагретой модели из термореактивной смеси песка со смолой (литьё в оболочковые формы);

4) в толстостенных неразъёмных формах, изготовляемых по разовым газифицируемым моделям из пенополистирола;

5) в вакуумно-пленочных разъёмных формах;

6) центробежным литьём в поле центробежных сил;

7) электрошлаковым литьём;

8) под низким давлением;

9) вакуумным всасыванием;

10) выжиманием;

11) жидкой штамповкой;

12) в магнитные полые и неполые формы.

Всего в ЛП применяют более 56 оригинальных способов получения отливок и еще большее число их комбинаций.

2.4. Поколения и разновидности литейных форм

Для противодействия статическому и динамическому воздействию расплава форма должна иметь достаточную прочность. Известные в настоящее время литейные формы и стержни можно разделить на 4 типа по основному признаку, определяющему их прочность. Поскольку появление этих типов протекало во временной последовательности, их еще называют поколениями.

1. Формы и стержни из сплошного твердого материала (глины, камня, металла, графита, полимеров и др.). Их первые представители появились ~ 6,5 тыс. лет назад. Прочность определяется химическими и молекулярными силами.

2. Формы и стержни из дисперсных материалов, зерна которых скреплены связующим (глина, декстрин, льняное масло, соли, смолы, жидкое стекло, цемент, лед и другие связующие). Появились в 14 веке. Их прочность определяется адгезионными связями зерна со связующим и когезионной прочностью манжеты связующего. В формировании адгезионных связей преобладающую роль играют молекулярные силы, а в формировании когезии - химические силы.

3. Формы из дисперсных материалов, не содержащих связующего, прочность которых обеспечивается трением и заклиниванием зерен. В сыпучих телах эта совокупность называется внутренним трением. Собственно трение создается молекулярными силами. Это формы из сухого песка для литья по газифицируемым моделям (1965 г.) и вакуумно-пленочные формы (1971 г.).

4. Формы и стержни из дисперсных материалов, не содержащих связующего, зерна которых обладают особым физическим свойством - намагниченностью. Прочность обеспечивается преимущественно магнитными силами. Предложены в 1966г.

Формы 2 - 4 поколений являются в основном разовыми.

По сроку службы множество известных литейных форм разделяют на разовые и многократные, которые условно можно разделить на полупостоянные и постоянные. Разовые формы служат только один цикл, т. е. после получения отливки разрушаются. Полупостоянные формы служат до 10 … 100 и даже более циклов. После затвердевания отливки эту форму раскрывают, не разрушая ее, извлекают готовую отливку и снова собирают для очередной заливки, при этом иногда ремонтируют частично разрушенные участки формы. Это преимущественно формы 1 и 2 поколений, изготовляемые из асбеста, цемента и других огнеупорных материалов и термостойких связующих.

Постоянные формы (кокили) и пресс-формы служат более 100 циклов, т. к. изготавливаются из металла: чугуна, стали, иногда из медных и алюминиевых сплавов. В одном кокиле можно изготавливать до нескольких сотен отливок из стали, до нескольких тысяч отливок из чугуна, до сотен тысяч отливок из цветных сплавов. Из-за высокой стоимости кокили используют в крупносерийном и массовом производстве.