Способы получения литых заготовок

Современные способы получения заготовок литьем в достаточной степени обеспечивают заданные точность, параметры шероховатости поверхности, физические и механические свойства заготовок. Поэтому при выборе способа получения заготовки необходимо оценивать все преимущества и недостатки каждого рассматриваемого, сопоставляемого варианта. Без такой оценки невозможно принять правильное решение об использовании того или иного способа, невозможен выбор оптимального варианта (табл. 3).

В производстве литых заготовок значительный объем занимает литье в песчано-глинистые формы, что объясняется его технологической универсальностью. Этот способ литья экономически целесообразен при любом типе производства, для деталей любых масс, конфигураций, габаритных размеров, для получения отливок практически из всех литейных сплавов. Изменяя способ формовки, используя различные материалы моделей и составы формовочных смесей, можем получить отливки с достаточно точными размерами, чистой поверхностью, не требующие пос­ледующей механической обработки по отдельным поверхностям (рис. 26).

Большое влияние на качество отливок оказывают также тип и культура производства. С увеличением серийности производства целесообразным является использование более точных, недорогих моделей и формовочных смесей, применение машинной формовки. Этим достигаются уменьшение массы заготовки, повышение коэффициента весовой точности, снижение последующей механической обработки.

В общем случае литьем в песчано-глинистые формы можно получать отливки с шероховатостью поверхности Rz = 320 – 40 мкм и с точностью, соответствующей 14 – 17-му квалитетам и грубее. Однако если форма изготовлена из обычной песчано-глинистой смеси, то Rz = 320 – 160 мкм, если используется песчано-масляная смесь Rz = 320 – 80 мкм, при использовании хромомагнезитовых смесей Rz = 80 – 20 мкм.

 

Рис. 26.Эскиз отливки, получаемой литьем в песчаные формы

При единичном и мелкосерийном производствах модельные комплекты, т. е. модели и стержневые ящики, изготавливают деревянными; в крупносерийном и массовом производствах используют в основном металлические (или пластмассовые) модельные комплекты. Металлические модели имеют более высокие точность и чистоту поверхности, что позволяет примерно на 10 % снизить припуски на механическую обработку.

 

Таблица 3

Основные способы изготовления отливок и области их применения

 

Способ изготовления	Масса, т, не более	Материал	Область применения; особенность способа
Разовые формы
Литье в песчано-глини­стые формы: ручная формовка: (с верхом)		Ст, Сч, Кч, Вч, Цм,Цс	Станины, корпуса машин, рамы, цилиндры, шаботы молотов, траверсы
	в почве
по шаблону		Отливки в виде тел вращения (зубчатые колеса, кольца, диски, трубы, шкивы, маховики, котлы, цилиндры)
в крупных опоках		Станины, бабки, коробки ско­ростей, блоки цилиндров
в съемных опоках со стержнями из быстротвердеющей смеси	35,0	Станины ГКМ, болтовысадочных автоматов, ножниц; позволяет уменьшить припуски на 25-30 % и трудоемкость механической обработки на 20-25 %
в почве (с верхней опокой с облицо­вочным слоем из быстротвердеющей смеси)	25,0	Шаботы, станины, цилиндры; позволяет снизить трудоемкость изготовления заготовки и механической обработки за счет уменьшения припусков на 10-18 %
в стержнях	2,00	Отливки со сложной ребристой поверхностью (головки и блоки цилиндров, направляющие)
в почве (открытая)	0,15	Отливки, не требующие механической обработки (плиты, подкладки)
в мелких и средних опоках	0,10	Рукоятки, шестерни, шайбы, втулки, рычаги, муфты, крышки
машинная формовка:	2,00	Ст, Сч, Кч, Вч, Цм,Цс	Бабки, суппорты, корпуса небольших станин
	в крупных опоках
в мелких и средних опоках	0,10	Шестерни, подшипники, муфты, маховики; позволяет получить отливки повышенной точности с чистой поверхностью
Литье в оболочковые формы:	0,15	Ст, Чу, Цс	Ответственные фасонные отливки в крупносерийном и массовом производствах
	песчано- смоляные
химически твердеющие:	0,20	Ответственные фасонные мелкие и средние отливки
	тонкостенные (10-20 мм)
толстостенные (50-150 мм)	40,0	Большие отливки (станины штамповочных молотов, подушки прокатных станов)
жидкостеколь-ные оболочковые	0,10	Уст, А1с, Сое, Сгс, Ст, Ла	Точные отливки с высокой чистотой поверхности в серийном производстве
Литье по выплавляемым моделям	0,15	Вст, Сщ	Лопатки турбин, клапаны, дюзы, шестерни, режущий инструмент, детали приборов; керамические стержни позволяют изготовлять отливки тол­щиной 0,3 мм и отверстия диаметром до 2 мм
Литье по растворяемым моделям	0,15	Тi, Жст	Лопатки турбин, детали приборов; солевые модели улучшают чистоту поверхности
Литье по замораживае­мым моделям	0,14	Тонкостенные отливки (минимальная толщина стенки 0,8 мм, диаметр отверстия до 1 мм)
Литье по газифицируе­мым моделям Пс гипсовые	0,15	Лс	Мелкие и средние отливки (рычаги, втулки, цилиндры, корпуса)
Постоянные формы
Литье в формы:	0,10	Ст, Чу, Цм, Цс	Крупные и средние отливки в серийном производстве
	гипсовые
песчано- цементные	70,0
кирпичные
шамотно- кварцевые
графитовые	0,014
каменные	0,030
металло- керамические и керамические	0,025
Литье в кокиль:	7,0 4,0 0,5	Чу, Ст, Цм,Цс	Фасонные отливки в крупносерийном и массовом производствах (поршни, корпуса, диски, коробка передач, салазки)
	с горизонтальной, вертикальной и комбинированной плоскостями разъема
в облицованный кокиль	0,25	АФст	Лопатки рабочих колес гидротурбин, коленчатые валы, буксы, крышки букс и другие крупные толстостенные отливки
Литье под давлением:	0,10	Мgс, Аlc, Znc, Pbc, Ст	Отливки сложной конфигурации (тройники, колена, кольца электродвигателей, детали приборов, блок двигателя)
	на машинах с горизонтальными и вертикальными камерами прессования
с применением вакуума	0,05	Cuc	Плотные отливки простой формы
Центробежное литье на машинах с осью враще­ния:	0,05	Чу, Ст, Бр	Отливки тел вращения (венцы, шестерни, бандажи, колеса, фланцы, шкивы, маховики), двухслойные заготовки (чугун - бронза, сталь - чугун) при L/D < 1
	вертикальной
горизонтальной	0,60	Трубы, гильзы, втулки, оси при L/D > 1
наклонной (угол наклона 3-6°)	1,00	Трубы, валы, слитки
вертикальной, не совпадающей с геометрической осью отливки	0,01	Фасонные отливки, не являющиеся телами вращения (рычаги, вилки, тормозные колодки)
Штамповка жидких сплавов	0,30	Цс	Слитки, фасонные отливки с глубокими полостями (турбинные лопатки, детали арматуры высокого давления)
	с кристаллизацией под поршневым давлением	0,01	Чу, Цм	Массивные и толстостенные отливки (без газовых раковин и пористости); можно получать уплотненные заготовки из нелитейных материалов
Литье выжиманием	--	Mgc, Alc	Крупногабаритные отливки, в том числе ребристые; панели до 1000 х 2500 мм с толщиной 2,5-5 мм
Вакуумное всасывание	0,01	Cuc	Небольшие отливки типа тел вращения (втулки, гильзы)
Последовательно направленная кристаллизация	0,012	Цс	Отливки с толщиной стенки до 3 мм длиной до 3000 мм
Литье под низким давлением	0,03	Чу, Alc	Тонкостенные отливки с толщиной стенки 2 мм высотой 500-600 мм (головки блока цилиндров, поршни, гильзы)
Непрерывное литье:
	труб и слитков:
	между колесом и бесконечной лентой	-	Ст, Чу, Цс, Цм	Трубы диаметром 300-4000 мм, слитки, катанка, полоса (толщиной до 20 мм, шириной до 500 мм); по своему качеству полоса не уступает полосе, по­лученной обычным способом [43]
между двумя бесконечными лентами	-	Al, Alc	Полосовая заготовка (толщиной до 50 мм, шириной до 1600 мм)
бесслитковая прокат­ка	-	Al, Alc, Zn, Pb	Полосовая заготовка (толщиной до 12 мм, шириной 1600 мм). Полоса обладает некоторой анизотропией свойств, однако способ получения дает возможность ее регулировать
Примечание. Обозначения, принятые в таблице: Ст – стали, Жст –жаропрочные стали, Уст –углеродистые стали, Кcт –коррозионно-стойкие стали, Вст –высоколегированные стали, Чу –чугун, Сч –серый чугун, Кч –ковкий чугун, Вч –высокопрочный чугун, Цс –цветные сплавы, Alc –алюминиевые сплавы, Mgc –магниевые сплавы, Znc –цинковые сплавы, Pbc –свинцовооловянные сплавы, Соc –кобальтовые сплавы, Сrс –хромистые сплавы, Сuc –медные сплавыБр –бронза, Ла –латунь, Лс –любые сплавы, Цм –цветные металлы.

 

Литейные уклоны деревянных моделей составляют 1°-3°, металлических при ручной формовке – 1°-2°, при машинной – 0,5°-1°, что позволяет на 10-12 % повысить коэффициент весовой точности. Кроме того, за счет применения металлических моделей и машинной формовки можно получить точность отливок по 14-17-му квалитетам, в то время как при серийном производстве точность отливок находится в пределах 15-17-го, а при единичном 16-17-го квалитетов.

При конструировании литых деталей большая часть поверхностей остается «черной», т.е. не требует последующей механической обработки. Однако конструктор обязан указать допускаемые отклонения размеров на эти поверхности, согласовав их с технологом-литейщиком и технологом по механической обработке. На обрабатываемые поверхности литых деталей припуски на механическую обработку назначают: по ГОСТ 2009-55 для стальных отливок; по ГОСТ 1855-55 для чугунных отливок; по отраслевым нормалям для цветных металлов и сплавов.

Припуски на механическую обработку задают в зависимости от способа формовки, класса точности, габаритных размеров и материала отливки, а также от положения обрабатываемой поверхности в форме в момент заливки, причем припуски на обработку должны быть минимально возможными. Увеличенные припуски могут привести к появлению разнотолщинности стенок отливки, снижению качества металла из-за появления литейных дефектов. Кроме того, небольшие припуски дают возможность сохранить при механической обработке наиболее качественный слой металла – литейную корку.

При конструировании литых изделий из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей для назначения допускаемых отклонений можно пользоваться нормалью АН 20-80, где предусмотрены четыре класса точности. Класс точности указывает в чертеже детали конструктор исходя из требований, предъявляемых к отливке, но обязательно с учетом возможностей литья и экономической целесообразности.

Для всех размеров отливок, получаемых литьем в песчано-глинистые формы, поля допускаемых отклонений устанавливают симметричными. Допуски не учитывают формо­вочные уклоны в отливках, поэтому в случае необходимости размеры отливок можно увеличивать или уменьшать на значение этих уклонов.

Точность, заданная конструктором на литую деталь, во многом определяет стоимость отливки. Чем выше требуемая точность отливки, тем выше стоимость ее изготовления, так как требуется более точная, сложная, а следовательно, более дорогостоящая оснастка. Эта закономерность отражается в виде надбавок и приплат к основной (базовой) оптовой цене на отливки обычной точности. Размер этих надбавок лежит в пределах 3-6 %. Поэтому при конструировании литых деталей необходимо сопоставлять эффективность, достигаемую за счет большей точности, с дополнительными затратами на их изготовление.

Как указывалось выше, литье – достаточно точный способ формообразования, что дает возможность значительную часть поверхностей не обрабатывать в механических цехах. Отклонения геометрической формы и размеров этих поверхностей должны регламентироваться заданной точностью, лимитируемой условиями эксплуатации. Если по условиям работы детали требуется более высокая точность, чем можно обеспечить литьем в песчано-глинистые формы, следует проанализировать возможность использования более точных способов литья.

Но экономическая целесообразность применения того или иного способа в каждом конкретном случае должна определяться расчетом затрат на получение точных отливок и их механическую обработку.

Несмотря на универсальность и относительную дешевизну, способ литья в песчано-глинистую форму связан с большим грузопотоком вспомогательных материалов, повышенной трудоемкостью. Поэтому быстрыми темпами развиваются специальные виды литья –кокильное, под давлением, центробежное, по выплавляемым моделям и др.

При литье в песчано-глинистые формы 15-25 % массы отливки превращается в стружку при механической обработке, на что расходуется около 25 % вырабатываемой электрической энергии.

Переход к специальным способам литья дает возможность снизить припуски на механическую обработку и количество стружки до 5-7 %.

Экономичность повышается с увеличением партии отливок, т. е. с переходом от серийного производства к массовому.

Преимущество специальных видов литья состоит не только в снижении объема механической обработки, но и в уменьшении массы литниковой системы и резком снижении расхода формовочных материалов. Технологический процесс изготовления отливок этими способами легко поддается механизации и автоматизации, что повышает производительность труда, улучшает качество отливок, снижает их себестоимость.

Литье в оболочковые формы является прогрессивным способом получения отливок с повышенными чистотой по­верхности и точностью размеров. При данном способе литья формы изготавливаются по горячим металлическим моделям, формовочная смесь содержит огнеупорный материал (например, кварцевый песок) и органические связующие -термореактивные смолы [например, пульвербакелит (3-9 % от массы песка)]. Оболочковая форма состоит из двух полуформ с горизонтальной или вертикальной плоскостью разъема и стержней. После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается. Для изготовления оболочковых форм в производстве используются различные типы машин, основное назначение которых –формирование и съем оболочек. Процесс легко поддается механизации и автоматизации.

Литьем в оболочковые формы изготавливают ответственные детали, например ребристые цилиндры для мотоциклов, коленчатые валы для автомобилей, гильзы, звездочки, зубчатые колеса, детали компрессоров, тепловозов, судовых двигателей из чугуна, нелегированных сталей, цветных и специальных сплавов. Не рекомендуется изготавливать отливки из сплавов с низким содержанием углерода, так как поверхность отливки при литье в оболочковые формы науглероживается. Можно получать отливки массой от нескольких сот граммов до ста килограммов, если допускается невысокая размерная точность, то можно получать отливки массой более ста килограммов. Максимально возможные размеры отливок – 500-700 мм.

Наиболее рационально применение литья в оболочковые формы при массовом и крупносерийном производствах. Минимальная серийность деталей, переводимых на литье в оболочковые формы, обычно принимается не менее 200 отливок в год. Качество поверхностей и точность размеров отливок условно оцениваются по стандартам для механической обра­ботки.

Данный способ литья обеспечивает параметр шероховатости поверхности Rz =160-20 мкм и точность размеров, соответствующую 14-15-му квалитетам. Шероховатость поверхности крупных отливок (массой более 50 кг) грубее, точность – ниже. Допускаемые отклонения размеров отливок из стали можно брать по первому классу точности по ГОСТ 2009-55, для чугуна по первому классу точности по ГОСТ 1855-55.

Оболочковая форма ко времени затвердевания отливки легко разрушается, не препятствует усадке металла, поэтому в отливках возникают незначительные внутренние напряжения и несколько повышаются механические свойства по сравнению с отливками, изготовленными в песчано-глинистых формах. Эффективность способа литья в оболочко­вые формы по сравнению с литьем в песчано-глинистые формы определяется следующими преимуществами:

· значительно повышается экономия металла (до 30–50 %);

· отливки имеют чистую поверхность и повышенную точность размеров, что позволяет назначать припуски на механическую обработку примерно в два раза меньшие, чем прилитье в песчаные формы; среднее отклонение размеров отливок в оболочковые формы составляет 0,3-0,7 мм на 100 мм габаритного размера, для мелких отливок – до 0,2 мм;

· уменьшается расход формовочных материалов в 10-20 раз;

· оболочковые формы не гигроскопичны, имеют высокую прочность, их можно хранить длительное время;

· применение оболочковых форм увеличивает выход годного литья за счет снижения брака в 1,5-2 раза;

· при выбивке формы оболочка легко разрушается, что уменьшает затраты труда на обрубку и очистку отливок в среднем на 50 %.

Тем не менее способ литья в оболочковые формы не ли­шен и недостатков. К ним относятся:

· утрата точности формы в разъеме при изготовлении тяжелых и крупногабаритных отливок;

· работа с горячей модельной оснасткой вызывает необходимость использования только металлической модели;

· высокая стоимость оснастки, оборудования и материалов.

Все это приводит к тому, что стоимость отливок, полученных литьем в оболочковые формы, несколько выше, чем отливок, полученных литьем в песчано-глинистые формы. Однако снижение объема механической обработки, операций очистки и выбивки приводит к снижению себестоимости готовых деталей. В табл. 4 приведен пример сравнительного расчета себестоимости 1 т отливок с учетом механической обработки при литье в оболочковые и песчано-глинистые формы в условиях массового производства (данные ориентировочны).

Таблица 4

Изменение составляющих себестоимости отливок относительно затрат на основные материалы при литье в песчаные и оболочковые формы

 

Статья расхода	Литье в формы
песчано-глинистые	оболочковые
Основные материалы	1,000
Стоимость, в том числе: формовки	0,356 0,089	0,213 0,033
выбивки	0,018	0,004
приготовления смеси	0,024	0,004
очистки литья	0,089	0,036
прочие операции	0,136	0,136
Износ инструмента	0,067	0,053
Накладные расходы, в том числе: расходы на формовочную смесь	1,022 0,133	1,622 0,733
расходы по браку	0,111	0,062
Себестоимость 1 т годного литья без механической обработки	2,444	2,889
Механическая обработка	1,111	0,667
Экономия металла	0,000	0,156
Себестоимость 1 т отливок с учетом механической обработки	3,556	3,400

 

Как видно из приведенных данных, при литье в оболочковые формы значительно снижаются расходы на технологические операции, так как примерно в четыре раза сокра­щаются трудоемкость операции выбивки, а также обработка и зачистка отливок. Однако за счет высокой стоимости пульвербакелита расходы на формовочную смесь увеличи­ваются в шесть раз. Этим в основном и объясняется повышение себестоимости литья в оболочковые формы. Тем не менее за счет снижения припусков и объема механической обработки происходит снижение общей себестоимости.

Литье по выплавляемым моделям это прогрессивный способ получения точных и сложных по форме отливок из любых литейных сплавов, в связи с чем он получил широкое распространение в машино-, приборостроении, в инструментальном производстве, при изготовлении художественного литья и ювелирных изделий.

Литейная форма для этого способа литья представляет собой неразъемную тонкостенную, прочную, негазотворную, высокоогнеупорную с гладкой рабочей поверхностью оболочку. Ее изготавливают из мелкозернистых формовочных материалов по разовым (выплавляемым, растворимым или выжигаемым) моделям. Технологический процесс получе­ния отливок по выплавляемым моделям в сравнении с другими способами литья имеет некоторые особенности.

1. Модель отливки не имеет разъема и знаковых частей, ее контуры полностью повторяют форму детали; служит для изготовления только одной литейной формы, в процессе изготовления которой модель уничтожается.

2. Керамическая оболочка толщиной 2-8 мм не имеет поверхности разъема. Поверхность формы гладкая, с малой шероховатостью и требуемой точностью размеров.

3. Форма после прокаливания не содержит газотворных составляющих, что исключает образование газовых раковин в отливках.

4. Металл заливается в горячие формы, в результате чего создаются благоприятные условия для заполнения формы и питания отливки. Это позволяет получать тонкостенные отливки массой несколько граммов.

Недостатки литья по выплавляемым моделям:

· повышенная температура заливки и применение предварительно нагретых форм приводят к снижению механических свойств и способствуют образованию более глубокого обезуглероженного слоя на поверхности отливок;

· у отливок из титановых сплавов наблюдается повышенная твердость поверхностного альфированнрго слоя толщиной 0,2-2,0 мм;

· литье по выплавляемым моделям является наиболее длительным и трудоемким технологическим процессом среди всех способов литья.

Экономичность способа определяется правильно выбран­ной номенклатурой отливок. Данный способ наиболее рентабелен:

· при крупносерийном и массовом производствах мелких, но сложных и ответственных деталей, с высокими требованиями к точности размеров и чистоте поверхности;

· если требования по чистоте поверхности и точности размеров литых деталей могут быть обеспечены в литом состоянии без последующей механической обработки или когда требуется механическая обработка только сопрягаемых поверхностей;

· для деталей сложной конфигурации, которые нельзя изготовить как одно целое никакими иными способами;

· при изготовлении отливок со сложными внутренними очертаниями, когда достигается снижение себестоимости отливки за счет экономии металла;

· для деталей, изготавливаемых из металлов и сплавов, которые не поддаются обработке давлением, и сплавов с низкими литейными свойствами.

Не рекомендуется применять литье по выплавляемым моделям в случаях, если на детали указаны более жесткие допуски, чем можно получить при литье, или когда требо­вания, предъявляемые к детали, могут быть обеспечены каким-либо иным, менее дорогостоящим способом.

Технико-экономическая эффективность технологического процесса зависит в основном от масштаба производства, степени механизации производственного процесса, сложности отливок, стоимости металла, используемого для их изготовления. Чем больше масса отливки и чем больше число отливок в серии, тем ниже их себестоимость. При повышении серийности производства до первой группы осуществляют скидку с оптовых цен в размере 3-16 %, а при снижении серийности до третьей группы производят доплату в таком же размере. Большие значения скидок и доплат относятся к отливкам меньшей массы.

Так как литье по выплавляемым моделям является одним из наиболее точных способов получения заготовок, то чем сложнее конфигурация отливок, тем при меньшей серийности их изготовления достигается экономический эффект от применения данного технологического процесса.

Для изготовления отливок по выплавляемым моделям могут применяться любые литейные сплавы – стали, чугуны, цветные, жаропрочные и др. Этот способ позволяет по­лучать отливки массой от нескольких граммов до 100 кг, однако оптимальная масса отливок находится в пределах 0,2-12 кг. Точность размеров и параметры шероховатости поверхности отливок колеблются в довольно больших пределах и зависят от условий изготовления отливок, их массы, сложности, габаритных размеров и толщины стенок отливок. В общем случае рассматриваемый способ получения отливок обеспечивает точность до 15-го квалитета и параметр шероховатости поверхности Rz = 80 – 10 мкм.

При назначении предельных отклонений на размеры сталь­ных отливок следует руководствоваться ОСТ 3-1182-72 (табл. 5).

В табл. 6 приведены допускаемые отклонения размеров отливок обычной и повышенной точности, которая может быть достигнута только при тщательной отработке технологического процесса. Преимущества данного способа литья могут быть выявлены в полной мере только при условии, если деталь технологична для изготовления ее литьем по выплавляемым моделям. Особо необходимо учитывать конструктивные требования при переводе на литье деталей, изготавливаемых ранее из поковок или проката.

Экономическую целесообразность изготовления деталей литьем по выплавляемым моделям необходимо устанавливать в каждом конкретном случае путем сравнения себестоимости детали, полученной этим способом, с себестоимостью деталей, полученных механической обработкой, штамповкой или литьем иным способом.

 

Таблица 5

Рекомендуемые припуски на механическую обработку отливок из стали и цветных сплавов

Материал	Точность	Припуск при протяженности обрабатываемой поверхности, мм
До 50	50-120	120-260	260-500
Сталь	Нормальная	1,0	1,5	2,0	2,5
Повышенная	0,5	0,8	1,5	2,0
Цветные металлы	Нормальная	1,5	1,5	2,0	2,0
Повышенная	0,5	0,5	0,7	1,0

 

Таблица 6

Допуски на размеры стальных отливок, изготавливаемых литьем по выплавляемым моделям

Наиболь­ший габа­ритный размер, мм	Допуск, мм, при номинальном размере, мм
До 3	Св. 3 до 6	Св. 6 до 10	Св. 10 до 18	Св. 18 до 30	Св. 30 до 50
О	П	О	П		П		П		П	О	П
До 50	0,25	0,12	0,30	0,14	0,34	0,16	0,40	0,20		0,28	0,62	0,40
Св. 50 до 120	0 80	0 14	0 34	0 16	0 38	0,19	0,44	0,24	0,55	0,34	0,70	0,43
Св. 120 до 260	0,34	0,16	0,38	0,18	0,42	0,22	0,48	0,26	0,60	0,36	0,76	0,46
Св. 260 до 500	0,38	0,18	0,43	0,20	0,45	0,24	0,52	0,30	0,65	0,40	0,84	0,52
Наиболь­ший габа­ритный размер, мм	Допуск, мм, при номинальном размере, мм
Св. 50 до 80	Св.80 до 120	Св. 120 до 180	Св. 180 до 200	Св. 200 до 360	Св. 360 до 500
О	П		П	О	П		П		П	О	П
Св. 50 до 120	1,00	0,62	1,30	0,87	—	—	—	—	—	—	—	—
Св. 120 до 260	1,00	0,68	1,50	1,00	2,00	1,35	2,80	1,90	3,50	2,50	—	—
Св. 260 до 500	1,15	0,75	1,60	1,10	2,20	1,50	3,00	2,20	4,00	3,00	5,00	4,00
Примечание. Условные обозначения: О – обычная точность отливок; П – повышенная точность.

 

Использование деталей, полученных литьем по выплавляемым моделям, вместо штампованных позволяет снизить расход металла на 55– 75 %, трудоемкость механической обработки – на 50– 60 % и себестоимость деталей – на 20 %.

Наибольший технико-экономических эффект от применения литья по выплавляемым моделям может быть достигнут при специализации его производства, когда при изготовлении пресс-форм для моделей могут быть использованы все преимущества стандартизации и унификации конструктивных элементов литейной оснастки.

Литье в металлические формы (кокиль) является одним из прогрессивных способов получения отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой от нескольких граммов до десятков тонн (рис. 27).

Сущность процесса заключается в многократном применении металлической формы, имеющей гораздо более высокую стойкость, чем обычная песчано-глинистая. Полости в отливке выполняют при помощи металлических или песчаных стержней, которые извлекают из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Экономическая целесообразность литья в металлические формы во многом зависит от стойкости форм, их долговечности и стоимости.

Стойкость кокилей, зависящая от ряда технологических факторов, таких как температура заливки металла, материал кокиля, размеры, масса и конфигурация отливки, является наиболее важным фактором при определении рентабельности применения данного способа литья.

Рис. 27. Кокильная отливка (головка цилиндра) из алюминиевого сплава

 

В табл. 7 представлена ориентировочная стойкость металлических форм при получении отливок из различных литейных сплавов.

В массовом производстве, обеспечивающем длительную и равномерную эксплуатацию кокилей, а также более высокий уровень технологичности конструкций деталей, стойкость кокилей может быть более высокой, что значительно снижает удельные затраты на возмещение износа литейной оснастки. Поэтому литье в кокиль экономически целесообразно применять в условиях крупносерийного или массового производства относительно простых отливок из цветных и черных сплавов.

Наибольшее распространение для литья в кокиль получили цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, а следовательно, более высокую стойкость форм.

Таблица 7.

Ориентировочная стойкость металлических форм

 

Материал отливки	Размеры отливки	Материал формы	Стойкость формы (количество отливок)
Сталь	Мелкие	Чугун	400-600
Средние	100-300
Крупные	50-100
Очень крупные	10-50
Серый чугун	Мелкие	1000-8000
Средние	1000-3000
Крупные	200-1000
Крупные	Медные сплавы	3000-10 000
Средние	3000-800
Медные сплавы	Мелкие	Чугун	1000-10 000
Средние	1000-8000
Мелкие	Сталь	500-1500
Средние	500-300
Алюминиевые, магниевые, цин­ковые сплавы	Мелкие	Чугун	Сотни тысяч
Средние	Десятки тысяч
Крупные	Несколько тысяч

 

Как показывает практика, серийность при литье в кокиль должна составлять более 20 крупногабаритных отливок или более 400 мелких чугунных отливок в год, а при литье деталей из алюминиевых сплавов – 400-700 отливок в год. Однако если конфигурация отливки из алюминиевого сплава позволяет изготавливать ее литьем под давлением, то при увеличении серийности литье в металлические формы менее выгодно.

При оценке возможности изготовления отливок в металлических формах необходимо учитывать особенности формирования отливок.

1. Интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем в 3-10 раз выше, чем при литье в песчано-глинистые формы. В связи с этим металл отливок имеет более мелкозернистую структуру, что существенно повышает их механические свойства. В то же время высокая скорость охлаждения может привести к неравномерности по сечению стенки отливки свойств, а в чугунных отливках – к отбелу;

2. Быстрое охлаждение заливаемого металла стенками кокиля снижает жидкотекучесть расплава, поэтому толщина стенок отливок при кокильном литье больше, чем при литье в песчано-глинистые формы. Минимальная толщина стенок отливок из алюминиевых и магниевых сплавов 3-4 мм, чугуна – 6 мм, стали – 8-10 мм. Снижение жидкотекучести затрудняет получение сложных тонкостенных крупногабаритных отливок. Это ограничивает применение для кокильного литья сплавов с пониженной жидкотекучестью.

В металлических формах целесообразно изготавливать следующие отливки:

· массивные, необрабатываемые, а также отливки с повышенными требованиями к герметичности;

· чугунные с отбеленной поверхностью, повышенными герметичностью и плотностью, простой конфигурацией;

· из высокопрочного чугуна с толщиной стенок не менее 8-10 мм, особенно те, которые могут заменить поковки;

· стальные простой конфигурации со стенками толщиной более 8-10 мм;

· алюминиевые со стенками толщиной более 2,5 мм;

· из кремнистой латуни со стенками толщиной более 3,5-6,5 мм и размерами 600´700 мм.

Высокая прочность материала металлической формы позволяет выполнять рабочие полости формы с более точными, стабильными размерами и получать отливки с точнос­тью до 15-го квалитета.

Минимальное физико-химическое взаимодействие материала отливки и формы способствует повышению качества поверхности отливки и полностью устраняет пригар. Параметр шероховатости отливки Rz = 80– 20 мкм.

По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы литье в металлические формы обладает рядом технических и технологических преимуществ:

· многократное использование форм;

· повышение точности размеров отливок, уменьшение шероховатости поверхности, что позволяет снизить припуск на механическую обработку в два-три раза, а иногда и полностью ее устранить; увеличение выхода годного до 75-95 %;

· повышение плотности отливок, улучшение структуры отливок и повышение их механических свойств на 15-30 %;

· сокращение, а в некоторых случаях полное иск