Технология литья. Литьё.. План. Введение Металлы, применяемые в процессе литья сплавов металлов Технология литья в ортопедической стоматологии Оборудование, — презентация

Отливка — продукция, полученная способом заливки жидкого сплава в литейные формы, в которых, после охлаждения и затвердения, происходит формирование. Она может быть полностью законченным изделием либо требовать дальнейшей механической обработки.

Подразделяется на следующие виды:

• полуфабрикаты – это чушки, которые в дальнейшем требуют прохождения процесса переработки;
• слитки, обработка которых проводится давлениям;
• фасонные отливки – обрабатываются с помощью резания;
• готовая продукция, которая не требует никакой механической обработки, только очищается либо окрашивается декоративной краской.

Для получения отливок используется множество разновидностей металла и сплавов, стекло, пластмасса, воск и другой исходный материал. Около 80% заготовок получаются методом литья в песчаные формы, но полученная таким образом отливка перед отправкой заказчику требует обязательной обработки.

Литейное производство позволяет получить заготовки высокой точности даже с самой сложной конфигурацией, при этом пропуски, требующие обработку — незначительные. Технология получения отливок выбирается с учетом их размеров и способа производства.

Разделяют три группы получения отливок:

1) в разовых формах;

2) по растворяемым моделям;

3) отливка в формах полупостоянного и комбинированного типа, сделанных из огнеупорных материалов:

Это основные виды литья, но на практике применяются и комбинированные варианты.

Отливка по выплавляемым моделям

Литьё по выплавляемым моделям позволяет производить точные компоненты, сводя к минимуму отходы материалов, уменьшая энергоёмкость производства и снижая затраты на последующую обработку готовых отливок, причём любой степени сложности.

В технологии литья по выплавляемым моделям используется оболочка из керамики, гипса или пластика, которая формируется вокруг восковой формы. Затем эта форма плавится и удаляется в печи, а металл заливается в оболочку для создания отливки.

Процесс литья по выплавляемым моделям происходит в несколько этапов:

• Создание исходного образца, в котором отражается конфигурация готовой детали, с поправкой на тепловую усадку заготовки;
• Изготовление восковых образцов и создание деревянной модели. Она собирается таким образом, чтобы обеспечить доставку расплава ко всем труднодоступным частям отливки;
• Создание оболочки пресс-формы, когда вся восковая модель окунается в керамическую суспензию, покрывается песчаной оболочкой и отправляется на сушку. Эти циклы повторяются до тех пор, пока не будет создана оболочка желаемой толщины, которая устанавливается по размерам и конфигурации готовой отливки. После высыхания керамической оболочки она становится достаточно прочной, чтобы удерживать расплавленный металл во время литья.
• Удаление воска, для чего вся сборка помещается в паровой автоклав, чтобы растопить практически весь воск (остатки, пропитанные керамическим составом, сжигаются в печи). Тогда же удаляются и литники;
• Расплавление и литьё. Форму предварительно нагревают до определенной температуры и заполняют расплавленным металлом, создавая металлическую отливку. С помощью процесса литья по выплавляемым моделям можно получить готовый продукт из любого сплава. В зависимости от его химического состава можно применить плавку на воздухе или в вакууме. Вакуумная плавка используется тогда, когда в сплаве присутствуют реактивные элементы.
• Заключительные операции. После того, как отливка окончательно остынет, оболочка кристаллизатора отделяется от отливки путем вытеснения. При этом отрезаются остатки каналов, литников, а, при необходимости, выполняется пескоструйная обработка, шлифовка и механическая доводка отливки до размерам, обусловленным чертежом изделия.

Технология включает стадию неразрушающего контроля, для чего используется флуоресцентный, магнитопорошковый, рентгенографический или другие методы проверки качества.

Преимущества метода:

• Широкий диапазон массы получаемых отливок – от мелких до 300…350 кг.
• Универсальность и сложность формы, включая и такие, которые нельзя получить металлорежущей обработкой на станках.
• Минимизация последующей механической доводки.
• Высокая точность и низкая шероховатость готовой поверхности.

Литьё по выплавляемым моделям — хорошая альтернатива сварке, поскольку многие компоненты можно объединить в одну отливку сложной формы.

Поскольку инструмент довольно сложен в изготовлении, то данная технология полностью окупает себя в условиях серийного и массового производства.

Процесс установки литых зубных протезов

Установка металлических или металлокерамических литых зубных протезов – затяжной процесс, и это связано не только с продолжительностью изготовления конструкции. Дело в том, что прежде, чем установить зубной протез, необходимо привести полость рта к стандартам здоровья и гигиены. Если есть зубы, пораженные кариесом, то сначала занимаются их лечением и пломбированием. Те зубы, которые не подлежат лечению, удаляют. Важно вылечить все воспаления полости рта, если они есть.

Только после того, как зубы и дёсны вылечены, и полость рта санирована, приступают к мероприятиям по протезированию зубов. На начальных этапах опорные зубы обтачивают под протез. Часто под эту процедуру попадают здоровые зубы, поэтому особую роль играет то, что литые зубные протезы позволяют сохранить их и уберечь от разрушения.

Далее снимают слепки верхнего и нижнего зубного ряда. Это необходимо даже, если зубной протез будет заменять только какой-то участок зубов, потому что изделие должно естественно и комфортно расположиться в полости рта.

После этого для пациента наступает период ожидания. В это время зубные техники изготавливают протезирующую конструкцию, обтачивают её, облицовывают керамикой или пластиковым материалом. После того, как конструкция готова, происходит первая примерка в полости рта. В ряде случаев она является единственной. Если зубной протез изготовлен качественно и точно подогнан по размеру, то врач закрепит его в полости рта с помощью стоматологического цемента. Если же конструкция не соответствует требованиям комфорта и качества, её вернут на доработку зубному технику. После всех исправлений конструкция устанавливается во рту.

Кокильное литье

Все виды литья в кокиль — это группа методов, особенно подходящих для получения отливок из цветных сплавов — алюминия, магния и латуни. Перед отливкой функциональные поверхности форм обрабатываются специальным каолином или аналогичным покрытием, которое позволит эффективно разделить поверхности. Формы, которые не могут быть извлечены из изложницы, часто изготавливаются с применением, песчаных стержней. После литья стержни уничтожаются.

По сравнению с литьём в песчаные формы, затвердевание кристаллизатора происходит быстрее за счет лучшей теплопроводности. Образуется отливка с относительно мелкой и плотной структурой материала, которая, в то же время, имеет лучшие механические свойства по сравнению с отливкой из того же материала, но отлитой в песчаную форму.

Преимущества кокильного литья:

• вследствие более быстрого затвердевания кокильное литье обладает лучшими механическими свойствами и относительно мелкой и плотной структурой материала;
• небольшая пористость поверхности;
• высокая точность размеров и уменьшенные показатели шероховатости поверхности;
• уменьшение коэффициента потерь металла.

Литье в кокиль представляет собой хороший выбор для производства отливок среднего размера для серий от 1000 до 10000 штук при минимальной производственной партии в 100 штук.

Процесс применяется для изготовления отливок средних по размерам корпусов приборов, крышек приводов, стоек, вставок латунных или стальных уплотнителей (гайки, корпуса подшипников, штифты и т. д.).

Историческая справка

Са­мые древ­ние из­де­лия (за­го­тов­ки бу­син, пла­стин­ча­тых на­кла­док и под­ве­сок, ры­бо­лов­ных крюч­ков и др.), от­ли­тые из са­мо­род­ной ме­ди в от­кры­тых фор­мах и об­ра­бо­тан­ные го­ря­чей ков­кой, об­на­ру­же­ны при рас­коп­ках па­мят­ни­ков «до­ке­ра­ми­че­ско­го не­оли­та» Ближ­не­го Вос­то­ка, да­ти­рован­ных кон. 8-го – 7-м тыс. до н. э. (Маг­за­лия, Чай­е­ню-Те­пе­зи, Ча­тал-Хю­юк и др.). Л. в разъ­ём­ные и со­став­ные ка­мен­ные фор­мы (ору­дия тру­да, ору­жие, ук­ра­ше­ния, пред­ме­ты ре­лиг. куль­та и др.) за­ро­ж­да­ет­ся в эне­о­ли­те Юго-Вост. Ев­ро­пы в сис­те­ме Бал­ка­но-Кар­пат­ской ме­тал­лур­ги­че­ской про­вин­ции (5–4-е тыс. до н. э.). Л. в за­кры­тые ка­мен­ные, гли­ня­ные и ме­тал­лич. фор­мы и по вы­плав­ляе­мым мо­де­лям рас­про­стра­ня­ет­ся в ран­нем брон­зо­вом ве­ке в сис­теме Цир­кум­пон­тий­ской ме­тал­лур­ги­че­ской про­вин­ции, дос­ти­гая рас­цве­та в Ста­ром Све­те в позд­нем брон­зо­вом (2-е – нач. 1-го тыс. до н. э.) и ран­нем же­лез­ном ве­ках. Тех­но­ло­гия Л. ши­ро­ко при­ме­ня­лась в Сред­не­ве­ко­вье.

В Рос­сии в 1479 по­стро­ен пер­вый ли­тей­ный за­вод – «пу­шеч­ная из­ба» (Мо­ск­ва). В цар­ст­во­ва­ние Ива­на IV соз­да­ны ли­тей­ные за­во­ды в Ту­ле, Ка­ши­ре и др. го­ро­дах; при Пет­ре I – ли­тей­ные за­во­ды на Ура­ле, на юге и се­ве­ре Рос. го­су­дар­ст­ва. Од­на из са­мых круп­ных от­ли­вок в ми­ре, из­го­тов­лен­ная в 1873 на Перм­ском за­во­де, – ша­бот (ниж­няя часть, вос­при­ни­маю­щая удар) па­ро­во­го мо­ло­та (650 т). Из­вест­но мас­тер­ст­во ли­тей­щи­ков ста­рых рус. за­во­дов – Кас­лин­ско­го, Пу­ти­лов­ско­го, Сор­мов­ско­го, Ко­ло­мен­ско­го и др. До 19 в. при Л. ис­поль­зо­ва­ли ра­нее на­ко­п­лен­ный мно­го­ве­ко­вой опыт мас­те­ров. Лишь в нач. 19 в. бы­ли за­ло­же­ны тео­ре­тич. ос­но­вы ли­тей­ной тех­но­ло­гии. В ра­бо­тах рос. учё­ных П. П. Ано­со­ва, Н. В. Ка­ла­куц­ко­го и А. С. Лав­ро­ва, Д. К. Чер­но­ва впер­вые на­уч­но объ­яс­не­ны про­цес­сы кри­стал­ли­за­ции, воз­ник­но­ве­ния ли­к­ва­ции и внутр. на­пря­же­ний в от­лив­ках, на­ме­че­ны пу­ти к по­вы­ше­нию ка­че­ст­ва от­ли­вок.

Под давлением

Литье под давлением — это производственный процесс, адаптированный под изготовление деталей в больших объёмах. Форма для отливки включает литниковый канал, по которому расплавленный материал выходит из сопла машины для литья под давлением. В форме имеется система каналов, которые соединяются с литником, (обычно внутри или как часть пресс-формы) и направляют расплавленный материал в полость пресс-формы. Часть канала после бегунка, называемая затвором, ведёт непосредственно в полость инструмента. После цикла литьевой формы (обычно длится всего несколько секунд) весь расплав охлаждается, оставляя затвердевшую отливку в литнике, направляющих и в полости пресс-формы.

Основным преимуществом метода литья под давлением является возможность массового производства отливок. Первоначальные затраты на внедрение и освоение производства достаточно велики, зато впоследствии стоимость единицы продукции становится чрезвычайно низкой.

Другие преимущества процесса:

• низкий процент брака (в сравнении с традиционными производственными процессами, включая обработку на станках с ЧПУ);
• снижение отходов производства вследствие малых потерь металла в литники, направляющие, и места расположения отверстий под выход расплава;
• возможность получения деталей из термореактивных пластмасс.

Литье под давлением может быть воспроизведено в любом объёме, поскольку стойкость пресс-форм весьма высока. Это обеспечивает однообразие качества отливок и стабильность их характеристик при крупносерийном производстве.

Технология литья под давлением практически исключает любую доработку формы готовых изделий.

Под регулируемым давлением

Разновидность литья под давлением, которая обеспечивает лучшую управляемость процессом. Существует множество факторов, которые могут повлиять на качество конечного продукта. Нижеприведенные переменные играют важную роль в процессе литья под регулируемым давлением:

• Скорость, с которой расплавленный металл вводится в полость пресс-формы,. Важно, чтобы расплавленный металл полностью заполнил полость до того, как он начнет затвердевать. Если скорость потока металла не идеальна, это отрицательно сказывается на прочности конечного продукта.
• Давление впрыска, напрямую влияющее на скорость поступления расплавленного металла в полость пресс-формы. При литье под регулируемым давлением увеличивают давление впрыска, чтобы повысить герметичность. Для обеспечения структурной стабильности отливки используется сочетание высокого давления впрыска и увеличенных размеров литника. Это, в свою очередь, улучшает общие механические свойства отливки, в частности, прочность на растяжение.
• Время, необходимое для того, чтобы расплавленный металл заполнил полость, зависит от скорости металла на затворе и площади затвора. Если затвор большой, скорость впрыска может быть низкой, но если затвор маленький, скорость впрыска должна быть высокой для того, чтобы полностью заполнить полость.

Для литья под давлением используют сплавы металлов и сплавов, которые характеризуются повышенными литейными свойствами (жидкотекучестью).

Важным фактором, влияющим на литейную способность сплава, является интервал затвердевания. Если разница между точкой твердого и жидкого состояния сплава велика, литье под регулируемым давлением не применяют.

Характеристика стали

Основой любой марки стали является железо и углерод. Количество последнего изменяется в пределах 0,1–2,14 %. Чем его содержание выше, тем качественнее сталь. Если количество углерода превышает 0,6 %, сплав называется высокоуглеродистым. Когда процент углерода превышает величину 2,14, материал называют чугуном.

При расплавлении стали в нее добавляются легирующие добавки, что изменяет механические свойства сплава. К ним относятся:

• хром;
• вольфрам;
• кобальт;
• титан;
• ванадий.

Важным элементом в легированном сплаве является хром. При его содержании свыше 12 %, материал приобретает антикоррозионные характеристики. Он носит название нержавейка.

При производстве стали избавиться от всех примесей невозможно, часть из них остается. К ним относятся:

• марганец;
• сера;
• кремний;
• фосфор.

Они ухудшают качество сплава. Их процентное содержание должно быть меньше.

Важной характеристикой сплава является его температура плавления. Находится она в диапазоне 1350–1521 градусов. Углерод и легирующие добавки влияют на увеличение этой величины. Необходимо точно знать показатели температуры, поскольку нагрев следует вести на 100–150 градусов выше допустимой.

Марганец

В оболочковые формы

Литьё в оболочку применяют для получения головок цилиндров, шатунов и других деталей машин, где требуется повышенная точность. Для данного процесса необходима песчаная форма, причём используется особый тип покрытого смолой песка.

Процесс обеспечивает ряд преимуществ:

• возможность создавать сложные формы с высочайшей точностью;
• низкие трудозатраты;
• пригоден для большинства металлов и сплавов;
• используется при любых масштабах производства;

Вначале песок тщательно перемешивается со смолой, которая действует как связующее. Затем песок засыпается в нагретую форму, температура которой обычно достигает 750…13000С. Нагретая форма инициирует реакцию с песком, покрытым смолой. Когда песок вступает в контакт с горячей формой, на внутренней её поверхности образуется оболочка. Далее излишки песка удаляют из формы, а затем удаляется и сама оболочка, для чего используются выталкивающие штифты. Выталкиватель встроен в саму форму, что позволяет легко удалить вновь созданную оболочку, при этом не повредив её.

Электрошлаковое литьё

Существуют ли какие-то способы литья металлов, которые с полным на то правом можно называть современными? Электрошлаковое литьё. При этом жидкий металл сперва получают, воздействуя на предварительно подготовленное сырье мощными электродуговыми разрядами. Может использоваться и бездуговой метод, когда железо плавится от тепла, аккумулируемого шлаком. А вот на последний-то и действуют мощные разряды.

После этого жидкий металл, который на протяжении всего процесса ни разу не соприкасался с воздухом, поступает в кристаллизационную камеру, которая «по совместительству» является еще и литейной формой. Используется этот метод для сравнительно простых и массовых отливок, для изготовления которых не нужно соблюдать множество условий.

Центробежное литье

Центробежное литье — это процесс, позволяющий получать высокопрочные отливки. Такую технологию выбирают для таких изделий, как корпуса компрессоров реактивных двигателей, гидравлических компенсационных колец, многих изделий оборонного назначения.

Этапы процесса центробежного литья начинаются с заливки расплавленного металла в предварительно нагретую головку. Пресс-форма может быть ориентирована либо по вертикальной, либо по горизонтальной оси в зависимости от конфигурации детали.

При вращении формы во время заливки расплавленного металла центробежная сила распределяет расплавленный металл в форме под давлением, в 100 раз превышающим силу тяжести. Комбинация этого давления, контролируемого затвердевания и вторичного рафинирования позволяет получать изделия высочайшего качества.

Когда пресс-форма начинает заполняться, более плотный расплавленный металл прижимается к стенке. Направленное отверждение прочного металла происходит от периферии пресс-формы к каналу, в то время как менее плотный материал, включая примеси, перемещается к внутреннему диаметру.

После затвердевания отливки деталь удаляют из пресс-формы, а остаточные загрязнения, сохранившиеся на поверхности отливки, подвергаются механической обработке – зачистке.

Вариантом технологии является центробежное литье в вакууме. Оно используется, когда точность детали и контроль воздействия атмосферы имеют решающее значение, поскольку некоторые сплавы, в том числе никель-кобальтовые сплавы, реактивны по отношению к кислороду.

Важно: центробежное литьё в вакууме обеспечивает очень высокую надежность изделий, часто используемых в аэрокосмической и военной промышленности.

По газифицируемым моделям

Представляет собой технологию получения отливок высокого качества с применением исходной модели (заготовки), полученной из материала, который при заливке расплавленного металла в форму насыщается выделяющимися газами.

В результате действия высоких температур, которое проявляется в процессе заливки расплава в форму, модель сначала разрушается, а затем расплавляется. Продукты разрушения в капелеподобном состоянии выдуваются непрерывным газовым потоком. При этом в зоне обработки, в зависимости от конструктивной схемы установки, создается либо отрицательное давление, либо вакуум. Под влиянием разницы давлений внутри и вне контейнера освободившееся место занимается металлическим расплавом, который детально воссоздаёт конфигурацию и размеры отливки.

Непрерывное литье

Процесс, который позволяет позволяет металлам и сплавам растягиваться, формироваться и затвердевать без необходимости прерывания заливки. При этом сокращаются отходы, повышается выход готовой продукции, улучшается экономическая эффективность производства.

Методом непрерывного литья под давлением изготавливаются аккумуляторные решётки. Использование системы роликов и форм с водяным охлаждением снижает вероятность попадания примесей и обеспечивает лучшее соотношение толщины.

Некоторые недостатки метода

Недостатком данного способа литья является то обстоятельство, что для него подходят только те виды металлов, которые отличаются повышенной текучестью в расплавленном виде. Например, для стали годится только отливка под давлением (о ней ниже), так как материал этот хорошей текучестью не обладает вообще. Под действием сжатого воздуха даже самые «тягучие» сорта стали намного лучше принимают требуемую форму. Плохо то, что обычный кокиль таких экстремальных условий производства попросту не выдержит и развалится. А потому приходится использовать особый метод производства, о котором мы расскажем чуть ниже.

Литье металла в ХТС

Ускорение процесса литья привело к разработке холоднотвердеющих смесей (ХТС), получивших широкое распространение. У них есть определенные недостатки. Например, некоторые самовысыхающие масла создают форму, которая требует длительных периодов сушки, особенно когда доступ воздуха к ней предотвращен. Синтетические смолы на основе мочевины, которые также разработаны для использования в качестве ХТС, обладают очень низкими температурами разрушения, что, в свою очередь, ограничивает универсальность получаемой формы. Песочные смеси, содержащие смолы кислотного отверждения на основе фурана (еще одно, но относительно новое связующее, отверждающееся на холоде), также обладают определенными ограничивающими характеристиками. Например, они имеют тенденцию вызывать прилипание формы к отливке, и выделение газов, которое обычно сопровождает заливку расплавленного металла в формы, становится очень выраженным и турбулентным.

Современные составы ХТС образуются с использованием связующих, содержащих по крайней мере одну этоксилиновую смолу дифенилметана или производных дифенола, к которой в качестве отвердителя добавляется хотя бы одно органическое соединение, содержащее множество реакционноспособных аминогрупп.

Очень хорошие результаты получаются, когда этоксилиновые смолы синтезируются из пара-замещенных производных дифенилметана, особенно из бисфенола. При этом их эпоксидный эквивалент превышает 170.

Среди органических соединений, которые могут быть использованы в качестве отвердителей, перспективны составы, имеющие множество реакционноспособных аминогрупп и особенно полимеры (линейные или кольцевые), которые включают от двух до пяти = NCH CH групп.

История и суть технологии

В древние времена сталь получали в шахтных печах сыродутным способом. Для этого использовался древесный уголь. Железо добывалось из руды. Одновременно в качестве сырья использовались мелкие кусочки чугуна. Плавка проводилась в тиглях. Качество получаемого материала было высоким, но малопроизводительным. Однако именно таким способом получали дамасскую сталь.

Позже чугун перерабатывался при помощи кричного передела. Шло его рафинирование в кричном горле.

В 18 веке начала внедряться технология пудлингования. Исходным материалом так же выступал чугун. Недостатком технологии являлась низкая производительность.

Мартеновский способ производства был разработан в 19 веке. Он оказался настолько удачным, что применялся в течение 100 лет. И только затем в 50 годах его сменил кислородно-конвертерный процесс.