Что такое литье: история, способы, продукция

Литье позволяет наиболее целесообразно распределять металл в изделии: делать отдельные части конструкции толще или тоньше в зависимости от нагрузки, которая падает на эти места.

Наша страна издавна славилась искусными литейщиками. В Московском Кремле стоят Царь-пушка массой 40 т, отлитая Андреем Чоховым в конце XVI в., и Царь-колокол массой 200 т, изготовленный знаменитыми литейщиками Иваном и Михаилом Моториными в первой половине XVIII в. Во многих странах мира известны изделия из художественного чугунного литья Каслинского завода на Урале.

Одно из главных качеств литейного материала — способность растекаться, или, как говорят металлурги, жидкотекучесть. Металл или сплав в жидком состоянии должен быть подвижным и невязким, легко заполнять любую сложную форму, быстро проникать в ее тончайшие извилины. Из сплава с хорошей жидкотекучестью можно получить отливку с тонкими стенками. Если металл растекается медленно, «лениво», то из него тонкостенную отливку не получишь: он застынет, прежде чем заполнятся все извилины формы.

Один из лучших литейных материалов — чугун. Он обладает отличной жидкотекучестью. У стали жидкотекучесть меньше, и приходится прибегать к различным ухищрениям, чтобы заставить сталь заполнить всю форму (см. Железо, сталь, чугун).

Самый древний способ литья — литье в песчано-глинистые формы, или, как говорят, литье в землю. До сих пор этим способом делают до 85% отливок. Однако этот способ, хотя его и считают простым, требует большой предварительной работы.

Сначала в модельном цехе из дерева или металла делают модель будущей отливки. Она должна быть несколько большего размера, чем отливка, с учетом усадки металла при охлаждении. Модель (как и будущая форма) разъемная и состоит из двух половинок. В землеприго-товительном отделении литейного цеха из земли и различных добавок готовят формовочную смесь. Если у отливки должно быть внутреннее отверстие или полость, то необходимо приготовить еще одну смесь — для стержней. Назначение стержней — заполнить те места в форме, которые в детали соответствуют отверстиям или полостям.

Формовочные и стержневые смеси готовят из специальных песков и глин и связующих материалов — растительных и минеральных масел, искусственной смолы, канифоли и т. д. Готовые смеси поступают к формовщикам, задача которых — изготовить литейные формы. Для этого   на    металлическую   плиту — подмодельную доску — ставят одну половину модели разъемом вниз (см. рис.). Затем на плиту ставят металлический ящик без дна — опоку так, чтобы половина модели оказалась внутри него. Опоку плотно набивают формовочной землей и переворачивают. Теперь половинка модели лежит в опоке разъемом вверх. На эту опоку формовщик ставит еще одну и скрепляет их штырями.

На половинку модели в нижней опоке ставится вторая половинка так, чтобы края их точно сошлись, Затем формовщик устанавливает в верхнюю опоку два деревянных конуса (на их месте в готовой форме останутся два отверстия для заливки металла и для выхода воздуха и газов) и плотно заполняет ее формовочной смесью.

Теперь осталось вынуть из земли деревянную модель. Для этого опоки разъединяют и из каждой вынимают половинки модели. В земле остаются четкие отпечатки двух половин детали (см. рис.). Их, а также заранее приготовленный стержень покрывают особой краской, чтобы жидкий металл не «пригорел»— не прилип к стенкам формы. В форму вставляют стержень и прорезают в земле канавку, соединяющую отверстие для заливки металла с полостью формы,— литниковый ход. Наконец, верхнюю опоку снова кладут на нижнюю, соединяют их, и форма готова. Когда она немного подсохнет, в нее можно заливать металл.

Чугун для литья приготовляют в специальных печах, очень простых по конструкции и обслуживанию,— вагранках. Если отливки стальные, то сталь для них плавят в конверторах, мартеновских и электрических печах. Для расплавления цветных металлов существуют свои плавильные печи.

Жидкий металл заливают в форму из ковша, который движется вдоль ряда опок, а иногда опоки на конвейере движутся мимо ковша. Когда металл застывает, отливку вынимают из формы. С помощью наждачных станков, пескоструйных или дробеструйных аппаратов отливку очищают от приставшей формовочной земли.

Вместе с тем давно уже появились и успешно используются другие, более совершенные способы литья. Один из них — литье в кокиль — толстостенную металлическую форму, состоящую из двух половин, в одну из них перед заливкой металла вставляют стержни. Затем обе половины кокиля скрепляют между собой и заливают жидкий металл. Здесь он очень быстро затвердевает, и уже через несколько минут можно вынимать деталь и заливать новую порцию металла. С помощью одного кокиля получают сотни и тысячи одинаковых отливок.

Однако таким способом можно получать отливки только из металлов или сплавов, обладающих хорошей жидкотекучестью. Для плохо-текучих металлов, например для стали, применяют литье под давлением. Жидкий металл под давлением сжатого воздуха или поршня хорошо заполняет любую сложную форму. Однако обыкновенный кокиль большого давления не выдерживает и разрушается. Поэтому формы для литья под давлением пресс-формы делают из прочной стали. Литье под давлением называют иногда пресс-литьем. Этот процесс полностью механизирован. Машины для литья под давлением выпускают по нескольку тысяч отливок за смену. На них можно получать отливки с тонкими стенками из материалов, обладающих низкой жидкотекучестью.

Еще в начале прошлого столетия появилось литье по выплавляемым моделям, сделанным не из дерева или металла, а из легкоплавкого воскообразного (парафин, стеарин) вещества Такую модель покрывают огнеупорной оболочкой и заформовывают в опоку. Горячий металл расплавляет воск и заполняет оболочку, в точности повторяя форму модели.

При этом способе модель не надо извлекать из формы: она сама выплавляется. Это удобно и позволяет получать очень точные отливки. А кроме того, этот процесс легко автоматизировать.

Иногда, когда отливка не требует большой точности, ее получают литьем в корковые (оболочковые) формы. Их делают из смеси мелкого кварцевого песка с особой порошкообразной смолой. Этой смесью засыпают половинки металлических моделей, установленных на нагретой до 200—250° С металлической плите. Под действием тепла смола расплавляется, обволакивает и скрепляет зерна песка. На модели образуется песчано-смоляная корка. Затем модели вынимают, а плиту с оболочками ставят в печь, где они окончательно затвердевают. Наконец 2 полуформы оболочки соединяют между собой и заливают в полость металл.

Так же широко распространено центробежное литье, с помощью которого делают отливки, имеющие форму тел вращения,— трубы, шестерни, зубчатые ободы и т. д. Металл заливают во вращающуюся металлическую форму, центробежная сила прижимает его к стенкам формы и позволяет получать отливки высокого качества.

В нашей стране созданы литейные цехи-автоматы, где все операции — от подачи в цех металла до упаковки готовых изделий — осуществляют автоматы.