ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО одна
из отраслей промышленности, продукцией к-рой являются отливки, получаемые
в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём произ-ва
отливок в мире превышает 80 млн. т, из к-рых ок. 25% приходится на СССР
(1972). Методами литья изготовляется в среднем ок. 40% (по массе) заготовок
деталей машин, а в нек-рых отраслях машиностроения, напр, в станкостроении,
доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок
машиностроение потребляет примерно 70%, металлургич. пром-сть - 20%, произ-во
санитарно-технич. оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообр.
станках, двигателях внутр. сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях,
паровых и гидравлич. турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях,
тракторах, локомотивах, вагонах. Значит, объём литых изделий, особенно
из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная пром-сть, приборостроение.
Л. п. поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы,
отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется
тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем
форму заготовок, производимых др. способами, напр, ковкой. Литьём можно
получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает
расход металла, сокращает затраты на механич. обработку и, в конечном счёте,
снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически
любой массы- от неск.гдо сотен т, со стенками толщиной от десятых долей
мм до неск. м. Осн. сплавы, из к-рых изготовляют отливки: серый, ковкий
и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные
стали (св. 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые).
Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Историческая справка. Производство
литых изделий известно с глубокой древности (2-1-е тысячелетия до н. э.):
в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения,
религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13-14 вв. Византия,
Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В рус. государстве
в 14-15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на
Урале). В 1479 построена в Москве "пушечная изба" - первый литейный завод.
В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах.
В 1586 А. Чохов отлил "Дйрь- пушку" (ок. 40 т). При Петре I изготовление
отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере
государства. В 17 в. чугунные отливки экспортировались за границу. В России
созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 "Царь-колокол*
(св. 200 т) И. Ф. и М. И. Мато- риными, в 1782 памятник Петру I "Медный
всадник" (22 га) Э. Фальконе, в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому
В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге
П. К. Клодтом и др. Одна из самых крупных отливок в мире - шабот (нижняя
часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т) изготовлена в 1873
на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых рус. заводов
- Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки науч. обоснования
нек-рых процессов литья сделали в своих работах Р. Реомюр, М. В. Ломоносов
и др. учёные. Однако до 19 в. при литье использовали ранее накопленный
многовековой опыт мастеров. Лишь в нач. 19 в. были заложены теоретич. основы
литейной технологии, были применены науч. методы в решении конкретных производств,
задач. Труды Д. Бернулли, Л. Эйлера, М. В. Ломоносова послужили прочной
базой для разработки и совершенствования литейной технологии. В работах
русских учёных П. П. Аносова, Н. В. Калакуцкого и А. С. Лаврова были впервые
научно объяснены процессы кристаллизации, возникновения ликвации и внутр.
напряжений в отливках, намечены пути к повышению качества отливок. В 1868
Д. К. Чернов открыл критические точки металлов. Его труды продолжили А.
А. Байков, А. М. Боч- вар, В. Е. Грум-Гржимайло, позднее Н. С. Курнаков
и др. рус. учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д.
И. Менделеева.

В годы Сов. власти Л. п. развивалось
ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено произ-во отливок из алюминиевых
сплавов, в 1929 -из магниевых; с 1926 производилась реконструкция существовавших
литейных цехов и строительство новых. Строились и вводились в эксплуатацию
литейные цехи с высокой степенью механизации, с выпуском отливок до 100
тыс. т и более в год. Одновременно с перевооружением и механизацией Л.
п. в СССР проводилось внедрение новой техники, создавались основы теории
рабочих процессов и методы расчётов литейного оборудования. В 20-е гг.
начала формироваться сов. научная школа, основателями к-рой являются Н.
П. Аксёнов, Н. Н. Рубцов, Л. И. Фанталов, Ю. А. Нехендзи и др.

Технология литейного производства.
Процесс Л. п. многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм
- на обычное литьё, литьё центробежное, литьё под давлением', по способу
изготовления литейных форм - на литьё в разовые формы (служащие лишь для
получения одной отливки), литьё в многократно используемые керамич. или
гли- няно-песчаные формы, наз. полупостоянными (такие формы с ремонтом
выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, т. н.
постоянные металлич. формы, напр, ко- кили, к-рые выдерживают до неск.
тыс. заливок (см. Литьё в кокиль). При произ-ве заготовок литьём используют
разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют
с помощью модельного комплекта и опоки (рис. 1). Модельный комплект состоит
из собственно литейной модели, предназначенной для получения в литейной
форме полости будущей отливки, и стержневого ящика для получения литейных
стержней, оформляющих внутренние или сложные наружные части отливок. Модели
укрепляют на модельных плитах, на к-рых устанавливают опоки, заполняемые
формовочной смесью. За- формованную нижнюю опоку снимают с модельной плиты,
переворачивают на 180° и в полость формы вставляют стержень. Затем собирают
(спаривают) верхнюю и нижнюю опоки, скрепляют их и заливают жидкий сплав.
После затвердевания и охлаждения отливку вместе с литниковой системой извлекают
(выбивают) из опоки, отделяют литниковую систему и очищают отливку - получается
литая заготовка.

Наиболее распространено в пром-сти
произ-во отливок в 'разовых песчаных формах. Этот способ применяется для
изготовления из различных сплавов заготовок любых размеров и конфигурации.
Технологич. процесс литья в песчаные формы (рис. 2) складывается из ряда
последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных
и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней
и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, охлаждение металла
и выбивка готовой отливки, очистка отливки, термообработка и отделка.

Материалы, применяемые для изготовления
разовых литейных форм и стержней, делятся на исходные формовочные материалы
и формовочные смеси; их масса равна в среднем 5-6 т на 1 т годных отливок
в год. При изготовлении формовочной смеси используют отработанную формовочную
смесь, выбитую из опок, свежие песчано-глинистые или бентонитовые материалы,
добавки, улучшающие свойства смеси, и воду. В стержневую смесь обычно входят
кварцевый песок, связующие материалы (масло, смола и др.) и добавки. Приготовление
смеси производят в определённой последовательности на смесеприготовительном
оборудовании: ситах, сушилах, дробилках, мельницах, магнитных сепараторах,
смесителях и т. п.

Формы и стержни изготовляют на спец.
формовочном оборудовании и станках. Насыпанная в опоки смесь уплотняется
встряхиванием, прессованием или совместно тем и др. способом. Крупные формы
заполняют с помощью пескомётов, реже для изготовления форм используют пескодувные
и пескострель- ные машины. Формы в опоках, заформо- ванные в стержневых
ящиках стержни подвергаются тепловой сушке или химическому твердению, напр,
при литье в самотвердеюише формы. Тепловую сушку осуществляют в литейных
сушилах, а сушку стержней производят также в нагретом стержневом ящике.
Сборка форм состоит из следующих операций: установка стержней, соединение
половин форм, закрепление форм скобами или грузами, устанавливаемыми на
верхнюю форму и предотвращающими их раскрытие при заливке сплавом. Иногда
на форму устанавливают литниковую чашу, изготовленную из стержневой или
формовочной смеси.

Плавят металл в зависимости от вида
сплава в печах различного типа и производительности (см. Плавильное оборудование).
Наиболее часто литейный чугун выплавляют в вагранках, применяют также электрич.
плавильные печи (тигельные, электродуговые, индукционные, канального типа
и др.). Получение нек-рых сплавов из чёрных металлов, напр, белого чугуна,
ведут последовательно в двух печах, напр, в вагранке и электропечи (т.
н. дуплекс-процесс). Заливку форм сплавом осуществляют из заливочных ковшей,
в к-рые периодически поступает сплав из плавильного агрегата. Затвердевшие
отливки обычно выбивают на вибрационных решётках или коромыслах. При этом
смесь просыпается через решётку и поступает в сме- сеприготовительное отделение
на переработку, а отливки - в очистное отделение. При очистке отливок с
них удаляют пригоревшую смесь, отбивают (отрезают) элементы литниковой
системы и зачищают заливы сплава и остатки литников. Эти операции проводят
в галтовоч- ных барабанах, дробеструйных и дробе- мётных установках. Крупные
отливки очищают гидравлическим способом в спец. камерах. Обрубку и зачистку
отливки осуществляют пневматич. зубилами и абразивным инструментом. Отливки
из цветных металлов обрабатывают на металлорежущих станках.

Для получения необходимых механич.
свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают
термической обработке. После контроля качества литья и исправления дефектов
отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Механизация и автоматизация литей-
ного производства. Большинство техно- логич. операций в Л. п. очень трудоёмко,
протекает при высокой темп-ре с выделением газов и кварцесодержащей пыли.
Для уменьшения трудоёмкости и создания нормальных санитарно-гигиенич. условий
труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации
технологич. процессов и транспортных операций. Внедрение механизации в
Л. п. относится к сер. 20 в. Тогда для приготовления формовочных материалов
начали использовать бегуны, сита, рыхлители, а для очистки отливок - пескоструйные
аппараты. Были созданы простейшие формовочные машины с ручной набивкой
форм, позднее стали применять гидравлич. прессы. В 20-х гг. появились и
быстро распространились пневматич. встряхивающий формовочные машины. На
каждой технологич. операции стремились заменить ручной труд машинным: совершенствовались
оборудование для изготовления форм и стержней, устройства для выбивки и
очистки отливок, механизировалась транспортировка материалов и готовых
отливок, были внедрены конвейеры, разработаны методы поточного произ-ва.
Дальнейший рост механизации Л. п. выражается в создании новых усовершенствованных
машин, литейных автоматов и автоматич. литейных линяй, в организации комплексно-автоматизир.
участков и цехов. Наиболее трудоёмкие операции при произ-ве отливок - формовка,
изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках литейных
цехов в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы технологич.
операции. Особенно эффективно внедрение в Л. п. комплексной механизации
и автоматизации. Перспективными являются автоматич. линии формовки, сборки
и заливки форм сплавом с охлаждением отливок и их выбивкой. Напр., на линии
системы Бюрер - Фишер (Швейцария) (рис. 3) изготовление форм, заливка их
сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы. Успешно работает установка
для автоматич. заливки форм сплавом на непрерывно движущемся конвейере
(рис. 4). Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным
аппаратом, учитывающим металлоёмкость определённой формы. Установка снабжена
автоматич. смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной
смеси и регулирование смесеприготовления осуществляются автоматич. устройством
(системы "Молдабилити-контроллер", Швейцария).

Для финишных операций (очистки и
зачистки отливок) применяют проходные барабаны непрерывного действия с
дробемётными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного
действия, вдоль к-рых отливки передвигаются на замкнутом транспортёре.
Созданы автоматич. очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости.
Напр., фирмой "Омко-Нанг- борн" (США - Япония) разработана камера типа
"Робот". Каждая такая камера представляет собой независимый механизм для
транспортировки отливок, к-рый работает автоматически, выполняя команды,
поступающие от т. н. модулей управления, расставленных на монорельсовой
транспортной системе. В зоне очистки по заранее заданной программе с оптимальной
скоростью вращается подвеска, на к-рую автоматически навешивается отливка.
Двери камеры открываются и закрываются автоматически.

При массовом произ-ве предварительная
(черновая) зачистка отливок (обдирка) осуществляется в литейных цехах.
Во время этой операции также подготавливаются базы для механич. обработки
отливок на автоматич. линиях в механич. цехах. Заключительные операции
могут производиться и на автоматич. линиях. На рис. 5 показана автоматическая
линия японской фирмы "Норитакэ" для зачистки блоков цилиндров автомобиля.
Такая линия позволяет обработать 120 блоков за 1 ч.

Возможности механизации и автоматизации
Л. п. особенно возросли после разработки принципиально новых технологич.
процессов литья, напр, изготовление оболочковых форм, или Кронинг-процесс
(40-е гг., ФРГ), изготовление стержней отверждением в холодных стержневых
ящиках (50-е гг., Великобритания), изготовление стержней с отверждением
их в горячих стержневых ящиках (60-е гг., Франция). Еще в 40-е гг. в пром-сти
начали применять метод изготовления отливок высокой точности по выплавляемым
моделям. За относительно короткий срок все технологич. операции процесса
были механизированы. В СССР создано комп- лексно-автоматизир. произ-во
литья по выплавляемым моделям с выпуском 2500 т мелких отливок в год (рис.
6).

Лит.: Нехендзи Ю. А., Стальное литье,
М., 1948; Гиршович Н. Г., Чугунное литье, Л.- М., 1949; Фанта- л о в Л.
И., Основы проектирования литейных цехов, М., 1953; Рубцов Н. Н., Специальные
виды литья, М., 1955; его же, История литейного производства в СССР, 2
изд., ч. 1, М., 1962; Аксенов П. Н„ Технология литейного производства,
М., 1957; его же, Оборудование литейных цехов, М., 1968. Д. П. Иванов,
В. Н. Иванов,

Рис. 1. Основные элементы литейной
оснастки при получении отливки в разовой форме: а и б - модельный комплект
верхней и нижней полуформы с опокой; виг - верхняя и нижняя заформован-
ные опоки; д - формовка стержневого ящика; е -• литейная форма, подготовленная
к заливке; 1 - направляющий штырь; 2 - подмодельная плита; 3 -стол формовочной
машины; 4 - стержневой знак; 5 - модель; 6 - гэловка песко- стрельной машины;
7 - стержневой ящик; 8 - стержень.

Рис. 2. Основы операции технологического
процесса получения отливки в песчаной форме.

Рис. 3. Автоматическая линия системы
Бюрер - Фишер (Швейцария) для изготовления форм, заливки их сплавом и выбивки
готовых отливок.

Рис. 4. Установка для автоматической
заливки форм на конвейере завода Г. Фишер (Швейцария).

Рис. 5. Автоматическая линия зачистки
блока цилиндров со шлифовальными агрегатами (фирма "Норитакэ", Япония).

Рис. 6. Комплексно-автоматизированный
цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 2500 m отливок в год.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я