Литье металлов

Человечество применяем металлы и их сплавы пару тысячелетий. В первую очередь металлы находили в виде самородков и россыпей, позднее древние племена научились перерабатывать металлосодержащие руды. Проверенным способом получения металлических изделий было литье в земляные формы.

Отливали наконечники для стрел и мечи, орудия для сельского хозяйства и инструменты, утварь и украшения. За минувшие с той поры тысячелетия человек изобрел много новых приемов обработки материалов и методов литья, включая литье под давлением, газифицируемые формы и порошковую металлургию. Древний способ также сохранился, но применяется как правило в скульптурных мастерских и эстетических промыслах.

Характерности литья металлов

Если сравнивать с другими материалами, такими, к примеру, как воск или гипс, литье металлов выделяется определенными свойствами. Первая из них — большая температура перехода из твёрдое в состояние жидкости. Воск, гипс и цемент твердеют при температуре 20 градусов. Температура плавления металлов намного больше — от 231 °C у олова до 1531 °C у железа. Прежде чем приступить к литью металла, его стоит расплавить. И если олово можно расплавить в глиняной плошке на простом костре из выбранных рядом сучьев, то для плавления меди, уже не говоря о железе, понадобится собственно оснащенная печь и подготовленное горючее.

Олово и свинец — наиболее мягкие и легкоплавкие металлы — можно отливать даже в древесные матрицы.

Для литья более тугоплавких металлов понадобятся формы из смеси песка и глины. Некоторые металлы, как, к примеру, титан, просят для литья железные формы.

После заливки изделию требуется остынуть. Многоразовые матрицы разбирают, единоразовые формы разрушают, и отливка готова к последующей обработке механическим путем или к применению.

Металлы для заливки

Черные металлы

В металлургии отличают разноцветные и черные металлы. К черным относятся железо, марганец, хром и сплавы на их основе. Сюда входят все стали, чугуны и ферросплавы. Черные металлы дают более 90% мирового употребления сплавов металла. Из стали делают корпуса и детали ТС от самоката до супертанкера, конструкции строительства, технику для дома, станки и другое промышленной оборудование.

Чугун — замечательный металл для литья больших прочных и долговечных конструкций, не подверженных напряжениям изгиба или сворачивания.

Разноцветные металлы, со своей стороны, в зависимости от физических параметров, и в первую очередь, удельного веса, разделяют на две обширные группы

Легкие разноцветные металлы

В данную группу входят алюминий, титан, магний. Эти металлы встречаются реже, чем железо, и цена намного выше. Их используют в тех ветвях, где необходимо уменьшить вес изделия — космическая промышленность, производство очень технологичных вооружений, производство вычислительной и телекоммуникационной техники, смартфонов и малых домашних приборов.

Титан благодаря собственному прекрасному взаимному действию с тканями организма человека повсеместно используется для протезирования костей суставов и зубов.

Тяжёлые разноцветные металлы

Сюда относятся медь, олово, свинец, цинк и никель. Их используют в химической промышленности, производстве электроматериалов, в электронике, на транспорте – везде, где нужны очень прочные, упругие и коррозионно-стойкие сплавы.

Драгоценные металлы

В данную группу входят золото, серебро, платина, а еще очень редкие рутений, родий, палладий, осмий, иридий.

Первые три известны человеку с доисторической эпохи. Они нечасто (относительно меди и железа) встречались в природе и по этому служили средством платежа, материалом для ценных украшений и ритуальных предметов.

Золото и платина

С появлением цивилизации золото и платина сберегли собственную роль средства накопления богатств, впрочем стали очень активно применяться в промышленности и медицине из-за собственных уникальных физико-химических параметров.

Методы литья металлов

Главные методы литья металлов такие:

Обычный метод

Металл поступает в форму под воздействием силы тяжести. Используются песчано-глиняные или железные матрицы. Минус метода — высокая сложность изготовления форм и прочих операций, тяжёлые условия труда и невысокая экологичность

Литье под невысоким давлением

Суть метода состоит в том, что тигель с металлом и матрицы для отливок находятся в герметичной камере. Металлопровод, выполненный из титанового сплава, опускается из формы в расплавленный металл. В данное время в камеру подают невысокое лишнее давление воздуха или благородного газа. Металл попадает в матрицу под давлением, быстрота потока довольно большая и при этом изменяется. Форма заполняется полностью и одинаково.

Метод дает возможность получать высокого качества отливки, в том числе особо тонкостенные. Качество поверхности также превосходит отливки, получаемые обычным методом. Литейные газы убираются через отводящий трубопровод в очистную систему, откуда проникают в атмосферу. Метод выделяется высокой автоматизацией операций, усовершенствованными условиями труда персонала и большой экологичностью. Более того при подобном литье и материалы, и энергетический расход значительно экономятся.

Литье под большим давлением

Метод используется как в черной, так и в цветной металлургии и дает возможность получать наиболее точные и гомогенные отливки. Металл под высоким напором поступает в матрицу со скоростью до 120 м/с и очень быстро заполняет ее.

Деталям, полученным аналогичным способом, практически не требуется завершальная механическая обработка. Аналогичным способом можно отливать детали фактически любой формы, с тонкими стенками, с готовыми отверстиями и даже с готовой резьбой.

Инжекционное литье

Инжекционный метод от обыкновенного литья под давлением тем, что металл попадает в матрицу в виде порошка, смешанного со связующим веществом. Формы производят из очень прочных сталей.

Высокая текучесть смеси позволяет заполнить очень мелкие детали рельефа форм очень сложной формы, включающих внутренние пустоты. Плюсом такого способа считается большая точность поверхности, делающая неиспользуемой дополнительную механическую обработку или сводящую ее до минимума. Иным преимуществом считается высочайшая физико-химическая однородность отливки.

Есть и иные методы литья деталей, имеющие нишевое использование.

Главные способы литья металлов

Литье в землю

Обычный способ. Делается обычная или составная модель из древесины либо иных модельных материалов, потом по модели выполняется матрица из песчано-глиняной смеси. Детальнее о данном способе читайте в подобающей публикации.

Технология литья в землю

Модель вынимают из формы, части ее собирают вместе, делают литниковую систему. Форму накалывают тонкими острыми иглами, чтобы обеспечить газоотведение. Делают отливку, ждут ее остывания,

Литье в железные формы

Разъемную форму, называемую кокилем, делают из деталей из металла. Части матрицы получают путем отливки или, если необходимо обеспечить большое качество поверхности и точность размеров, благодаря фрезеровке. Формы смазывают антипригарными составами и делают заливку.

Литье в железные формы

После того как остынет кокили разбирают, вынимают отливки, чистят. Железная матрица выдержит до 300 циклов работы.

Литье по газифицируемым моделям

Модель делается не из древесины или воска, а из легкоплавкого и газифицируемого материала, преимущественно полистирола. Модель остается в форме и выветривается при заливке металла.

Литье по газифицируемым моделям

Преимущества способа:

• модель не требуется доставать из матрицы;
• можно изготовлять модели сколь угодно трудных отливок, не требуются непростые и составные формы;
• значительно снижена сложность моделирования и формования.

Литье по газифицируемым моделям приобретает широкую популярность на современных металлургических производствах.

Формы для литья

Самый старинный вид форм — это формы из песчано-глиняной формовочной смеси, или «земли». Исторически центры металлургии появлялись рядом с местами залегания уже готовых по собственному составу для литья песков, к примеру, рядом с всемирно знаменитым Каслинским чугунным заводом. Смеси разделяют на обмазочные и наполнительные.

формы из песчано-глиняной формовочной смеси

Для построения любой матрицы требуется модель — макет грядущего изделия в настоящую величину, но несколько внушительных размеров — на величину литейной усадки.

Модель помешают по самому центру опалубки, или опоки, и наносят на нее слой обмазочной смеси — термостойкой и гибкой. Потом начинают послойно, тщательно утрамбовывая любой слой, заполнять опоку наполнительной смесью. Требования к наполнительным смесям ощутимо ниже, чем к обмазочным — они должны держать давление залитого металла, сохраняя конфигурацию отливки, и гарантировать выход плавильных газов. После модель вынимают из формы и вместо нее заливают расплав.

Для отливок сложной формы, имеющих необычные детали и внутренние пустоты, используют составные модели и формы из нескольких частей.

Литье также выполняется и в железные формы. Их используют при больших тиражах отливаемых деталей, в том случае, когда потребуется большая точность размеров и невысокая шероховатость поверхности отливки, а еще для отдельных металлов, активных в нагретом состоянии. Температура плавления материала формы должна быть намного больше, чем температура отливаемого расплава.

Область использования

Разные способы литья имеют собственные преимущественные области использования.

Так, литье в песочные формы используется при единичных отливках или малых сериях. Испытанный веками способ постепенно уходит с предприятий промышленности, но продолжает применяться на эстетических промыслах и в скульптурных мастерских.

Литье в железные формы применяется в вариантах, когда потребуется

• большие тиражи отливок;
• большая точность размеров;
• большое качество поверхности.

Также литье в металл востребовано в ювелирной промышленности и в изготовлении железных украшений.

Литье под давлением все шире применяется фирмами, сфокусированными на качестве собственных изделий, следящими за экологией, охраной труда и практичным расходованием финансовых и энергетических ресурсов.

Литье по газифицируемым моделям используется в тех случаях, когда намечаются большие тиражи отливок, требуется большая точность и экономия трудоемкости.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.