Литейное производство

Стальное литьё применяется для изготовления фасонных деталей и заготовок, геометрию которых сложно или экономически нецелесообразно получать из проката, сварных элементов либо механической обработкой цельного металла. Технология позволяет выпускать корпусные изделия, рабочие элементы оборудования, кронштейны, опоры и другие детали различной массы и конфигурации.

Возможность изготовления конкретной отливки определяется после анализа чертежа. При технологической проработке учитываются марка стали, размеры изделия, толщина стенок, требования к механическим свойствам, объём партии и условия дальнейшей эксплуатации.

Что представляет собой стальное литьё

Литьё — это процесс получения металлической заготовки путём заливки расплавленного металла в заранее подготовленную форму. После охлаждения и затвердевания отливка извлекается, очищается и проходит необходимые операции контроля и последующей обработки.

Внутренняя полость формы повторяет конфигурацию будущего изделия с учётом литейной усадки, технологических припусков, уклонов и других особенностей производства. Для получения внутренних полостей применяются стержни.

Стальное литьё используют, когда необходимо получить:

• деталь сложной пространственной формы;
• корпусное изделие с внутренними полостями;
• заготовку с переменной толщиной стенок;
• крупногабаритную деталь;
• изделие из литейной марки стали;
• партию одинаковых деталей по разработанной технологии.

Не каждую конструкцию целесообразно изготавливать литьём. Острые переходы, изолированные массивные участки, слишком тонкие стенки и значительные перепады сечений могут усложнить заполнение формы и направленное затвердевание металла.

Особенности производства стальных отливок

Литейная усадка

При охлаждении сталь уменьшается в объёме. Усадка учитывается при разработке модельной оснастки и литниково-питающей системы. Если питание массивных участков организовано неправильно, внутри отливки могут образоваться усадочные раковины или пористость.

По сравнению с серым чугуном сталь обычно требует более внимательной компенсации усадки. Поэтому при проектировании предусматриваются прибыли, через которые жидкий металл поступает к затвердевающим участкам изделия.

Высокая температура заливки

Стальной расплав имеет высокую температуру, поэтому к огнеупорности формовочных и стержневых материалов предъявляются повышенные требования. Форма должна сохранять геометрию и не разрушаться при контакте с жидким металлом.

Жидкотекучесть расплава

Сталь заполняет форму иначе, чем чугун и цветные сплавы. Для получения тонких стенок и удалённых участков необходимо правильно рассчитать расположение литников, скорость заливки и температурный режим.

Вероятность образования внутренних напряжений

Неравномерное охлаждение различных частей отливки может привести к появлению остаточных напряжений и изменению геометрии. Для снижения риска учитываются толщина стенок, расположение рёбер, переходы между сечениями и последовательность затвердевания.

Необходимость последующей обработки

После извлечения из формы стальная отливка обычно требует удаления литников и прибылей, очистки поверхности и контроля. Для получения точных посадочных поверхностей, отверстий и других ответственных элементов предусматриваются припуски на механическую обработку.

Технологии изготовления литейных форм

Выбор формовочной технологии зависит от массы и габаритов отливки, её сложности, требований к поверхности и объёма выпуска.

Холодно-твердеющие смеси

Холодно-твердеющие смеси, или ХТС, формируют прочную литейную форму без высокотемпературной сушки. Отверждение происходит за счёт химической реакции между компонентами смеси.

Применение ХТС позволяет получать формы с хорошей размерной стабильностью и воспроизводить сложные элементы модели. Качество поверхности готовой отливки зависит не только от смеси, но и от подготовки модели, уплотнения формы, покрытия, режима заливки и очистки.

Песчано-глинистые формы

Песчано-глинистые смеси применяются для изготовления отливок различных размеров. Формовочный материал состоит из песка, связующих компонентов и технологических добавок.

Преимуществами технологии являются доступность материалов и возможность изготовления крупных форм. Шероховатость и точность получаемой поверхности зависят от состава смеси, размера зерна, качества уплотнения и состояния модельной оснастки.

Жидкостекольные смеси

В жидкостекольных смесях в качестве связующего используется жидкое стекло. Такие материалы применяются при изготовлении форм и стержней, которым требуется определённая прочность и огнеупорность.

Выбор жидкостекольной технологии определяется конструкцией отливки и возможностями конкретного производства. Каждый вид формовочной смеси имеет собственные особенности при изготовлении формы, заливке и последующей выбивке.

Основные этапы литейного производства

Анализ чертежа

До запуска заказа специалисты изучают геометрию детали, марку стали, требования к механическим свойствам и допустимым дефектам. На этом этапе оценивается возможность изготовления отливки и необходимость корректировки конструкции.

Разработка литейной технологии

На основании чертежа определяются положение детали в форме, плоскость разъёма, расположение литников, питателей и прибылей. Также назначаются литейные уклоны, припуски на механическую обработку и параметры стержней.

Изготовление модельной оснастки

Модель формирует внутреннюю полость литейной формы. Её размеры отличаются от размеров готовой детали на величину усадки, припусков и других технологических параметров.

Конструкция и материал модели выбираются с учётом размеров отливки, требуемой точности и предполагаемого количества циклов формовки.

Формовка и изготовление стержней

Формовочная смесь укладывается вокруг модели и уплотняется. После извлечения модели в форме остаётся полость будущей отливки. Если деталь имеет отверстия или внутренние каналы, в форму устанавливаются стержни.

Подготовка расплава

Металл расплавляется и доводится до требуемого химического состава и температуры. Перед заливкой контролируются технологические параметры, установленные для выбранной марки стали.

Заливка формы

Расплав поступает через литниковую систему и заполняет рабочую полость. Процесс должен проходить с такой скоростью, чтобы металл успел заполнить форму до начала затвердевания и при этом не вызвал разрушения её элементов.

Охлаждение и выбивка

После заливки форма выдерживается до затвердевания и охлаждения металла. Продолжительность выдержки зависит от массы, толщины стенок и конфигурации отливки. Затем форма разрушается, а изделие извлекается.

Очистка и обрубка

С отливки удаляются формовочная смесь, стержни, литники, прибыли и технологические напуски. Поверхность очищается дробеструйным либо другим предусмотренным технологией способом.

Термическая обработка

Для отдельных марок стали и видов отливок применяется термическая обработка. Она может использоваться для получения требуемых механических свойств, выравнивания структуры и снижения остаточных напряжений.

Механическая обработка

Посадочные поверхности, отверстия, резьбы и другие точные элементы обрабатываются после литья. Необходимость и объём механической обработки устанавливаются чертежом готовой детали.

Требования к конструкции литой детали

Качество отливки во многом определяется тем, насколько конструкция изделия соответствует возможностям литейной технологии. Проектирование без учёта процесса затвердевания может увеличить риск дефектов и стоимость производства.

Равномерная толщина стенок

По возможности стенки выполняют близкими по толщине. Резкие переходы от тонкого участка к массивному создают разные условия охлаждения и могут привести к усадочным дефектам или внутренним напряжениям.

Плавные переходы между сечениями

В местах изменения толщины рекомендуется предусматривать радиусы и плавные сопряжения. Острые внутренние углы затрудняют движение расплава и концентрируют напряжения.

Минимизация массивных узлов

Скопление большого объёма металла в одном участке увеличивает время затвердевания. Если такой элемент необходим по условиям работы детали, его расположение учитывается при проектировании прибылей и холодильников.

Доступность для формовки

Форма детали должна позволять извлечь модель без разрушения рабочей полости. Для этого назначаются литейные уклоны и выбирается подходящая плоскость разъёма.

Припуски на обработку

На поверхностях, которые после литья будут обрабатываться, предусматривается дополнительный слой металла. Величина припуска зависит от размера отливки, технологии формовки и требований к готовой детали.

Преимущества изготовления деталей литьём

• возможность получать детали сложной пространственной формы;
• изготовление внутренних полостей с использованием стержней;
• выпуск крупногабаритных и массивных заготовок;
• получение формы, приближенной к готовому изделию;
• сокращение объёма механической обработки по сравнению с изготовлением из цельной заготовки;
• повторное использование модельной оснастки при серийных заказах;
• применение различных марок литейной стали;
• возможность изготовления единичных и серийных отливок.

Экономическая эффективность оценивается индивидуально. Для простой детали небольшого размера механическая обработка или сварная конструкция могут оказаться выгоднее. Литьё становится особенно актуальным при сложной геометрии, значительном объёме удаляемого металла или необходимости повторного выпуска.

Стальное и чугунное литьё: основные различия

Сталь и чугун относятся к железоуглеродистым сплавам, но отличаются химическим составом, литейными свойствами и механическими характеристиками.

Стальные отливки могут применяться там, где необходимы сочетание прочности, пластичности и сопротивления ударным нагрузкам. Конкретные свойства зависят от марки стали и термической обработки.

Чугун обладает хорошими литейными свойствами и способностью гасить вибрации. Он широко используется для корпусов, станин и других деталей, однако отдельные марки чугуна имеют меньшую пластичность по сравнению со сталью.

Выбор материала выполняется конструктором с учётом характера нагрузки, температуры эксплуатации, износостойкости, условий окружающей среды и требований к готовому изделию.

Возможные дефекты стальных отливок

Литейное производство требует строгого соблюдения технологии, поскольку во время заливки и затвердевания могут возникать различные дефекты.

• Усадочные раковины. Полости, возникающие при недостаточном питании затвердевающего участка.
• Газовая пористость. Поры, связанные с газами в металле или недостаточной газопроницаемостью формы.
• Неспаи и недоливы. Дефекты заполнения формы при преждевременном охлаждении расплава.
• Неметаллические включения. Частицы шлака, формовочной смеси или продуктов взаимодействия металла с материалом формы.
• Трещины. Повреждения, возникающие из-за затруднённой усадки, внутренних напряжений или нарушения режима охлаждения.
• Отклонения геометрии. Изменение формы вследствие деформации модели, формы или самой отливки при охлаждении.

Для снижения риска дефектов рассчитываются литниково-питающая система и режим заливки, контролируются свойства формовочной смеси, химический состав металла и технологические параметры производства.

Контроль качества отливок

Состав контрольных операций определяется назначением изделия и требованиями технической документации. Для обычной заготовки и ответственной детали могут устанавливаться разные критерии приёмки.

В зависимости от заказа могут применяться:

• визуальный и измерительный контроль;
• проверка химического состава;
• контроль механических свойств;
• ультразвуковой контроль;
• радиографический контроль;
• капиллярный контроль;
• магнитопорошковый контроль;
• контроль твёрдости;
• испытания на герметичность.

Необходимость конкретного метода контроля должна быть указана заказчиком до запуска производства. Это влияет на технологию изготовления, стоимость и срок выполнения заказа.

От чего зависит стоимость стального литья

Цена рассчитывается после изучения чертежа и технических требований. Универсальная стоимость килограмма отливки не учитывает сложность конкретного изделия.

На расчёт влияют:

• марка стали;
• масса и габариты отливки;
• сложность геометрии;
• количество стержней;
• толщина стенок;
• требования к точности и поверхности;
• сложность модельной оснастки;
• объём разовой и годовой партии;
• необходимость термической обработки;
• объём механической обработки;
• методы контроля качества;
• требования к упаковке и доставке.

При повторном заказе модельная оснастка может использоваться повторно, если её состояние и конструкция соответствуют действующей документации. Это снижает затраты на технологическую подготовку последующих партий.

Что необходимо для расчёта заказа

Для оценки возможности изготовления стальной отливки необходимо предоставить чертёж готовой детали или литой заготовки. Если документация разработана только на окончательно обработанное изделие, припуски и литейные элементы определяются при технологической проработке.

В заявке рекомендуется указать:

• наименование и назначение детали;
• марку стали или требования к материалу;
• массу изделия;
• габаритные размеры;
• размер разовой партии;
• планируемый годовой объём;
• требования к механическим свойствам;
• необходимость термической обработки;
• требования к механической обработке;
• допустимые виды и размеры дефектов;
• необходимые методы контроля;
• желаемый срок изготовления.

После изучения документации специалисты определят возможность изготовления, предложат подходящую технологию и рассчитают стоимость модельной оснастки и партии отливок.