Методы и виды литья цветных металлов
Отливкой цветных металлов занимается литейное производство. Это важная часть металлургии. На литейном производстве происходит заливка расплавленного цветного металла или сплава в заранее подготовленную форму. Полученная заготовка остывает и получает название отливка. Литье – универсальный метод металлообработки, с его помощью можно получить детали практически из любого цветного металла самой различной конфигурации и размеров – от миниатюрных золотых украшений до тяжеловесных станин, зубчатых колес и иных монолитных и неподвижных металлических изделий с массой до сотен тонн. В статье рассмотрим особенности литейного производства и виды литья цветных металлов.
Каким может быть литейный сплав
Для отливки подходит совсем не каждый сплав. Материал должен иметь определенные характеристики, чтобы его можно было разогреть до жидкотекучего состояния, а затем охладить без нарушений его прочности и молекулярной структуры.
Все литейные сплавы можно разделить на черные (стали и чугуны) и цветные. В данной статье нас интересует только литье цветмета. Среди цветного металла сплавы для литья различаются по плотности на:
- тяжелые – с основой из меди, цинка, никеля, у них плотность не менее 5000 кг/м3;
- легкие – у них основная часть состава приходится на алюминий, титан, литий, магний, а их плотность, соответственно, менее 5000 кг/м3.
Чтобы понять, что сплав подходит для литья, нужно оценить его характеристики. Решающими свойствами металла/сплава являются:
- Жидкотекучесть – основная характеристика, которая показывает, насколько тонкой может быть заливка, какие узкие формы сможет повторить сплав. Показатель определяется химическим составом, вязкостью и поверхностным натяжением материала. Производят тест сплава на жидкотекучесть, производя пробную заливку в специальную спиралевидную форму.
- Усадка (объёмная и линейная) – показывает, насколько уменьшится материал после его остывания и затвердевания.
- Склонность сплава к появлению дефектов. Среди которых отмечают ликвацию, образование трещин, поглощение газов, коробление и пористость.
Из черных металлов самым подходящим для литья считается чугун, у него отличные показатели жидкотекучести. Среди цветных металлов самыми популярными являются алюминиевые и медные сплавы, так как они меньше чем другой цветмет подвергаются пористости и иным дефектам.
Самые подходящие марки:
- бронзы БрАЖ9-4, БрА10Ж3Мц2, БрОЦС-4-4-4;
- алюминий АК7ч, АК8л, АК7 (пищевой), АК9, АЛ24.
Виды литья цветных металлов по назначению
После того, как определились с литейным сплавом, нужно решить – для чего именно нужна отливка. Есть две задачи: получение промежуточного или конечного продукта. Соответственно, различают:
- Заготовительное литье. Сразу из печей и ковшей расплавленный металл поступает в изложницы, которые впоследствии охлаждаются водой. Так получают прямоугольные или круглые слитки. В дальнейшем такие слитки пойдут на прессование, прокатку, ковку или на вторичную переплавку. То есть, так отливаются заготовки, например: бронзовые чушки, титановые слитки или свинцовые кирпичи.
- Фасонное литье. Используются более совершенные способы литья, например, применение кокилей. Расплавленный металл заливается в формы, как правило, под давлением, что позволяет получить готовую деталь, не требующую дальнейшей металлообработки – резки или шлифовки. Таким способом получают неразъемные детали с точно заданными параметрами и сложной конфигурации без точения или сваривания.
Способы фасонного литья цветных металлов
Рассмотрим самые популярные и часто используемые на производствах методы литья. Технологии литейного производстве цветмета практически не отличаются от черных металлов, только температура нагрева расплава напрямую зависит от показателей плавления металлов.
Литье по выплавляемым моделям
Метод берет свое начало в древности. Его применяют, когда нужно получить единичную деталь со сложной конфигурацией.
Парафин, жирные кислоты, стеарин, воск и иные схожие легкоплавкие материалы могут стать основой для создания одноразовой модели. То есть получается точная копия будущей детали, но из парафина. Она создается в пресс-форме, она неразъемная и одноразовая. Ее окунают в состав с огнеупорными составляющими (дистенсиллиманит, кварц и проч). На модель постепенно наносят отсыпку в несколько десятков слоев. Потом оболочку нагревают – получается крепкая керамическая форма, внутри которой уже растаял парафин.
Потом в эту форму будет залит жидкий металл. После остывания форму просто разбивают. Часто таким способом получают декоративные изделия – это удобнее и проще, чем ковка.
Метод имеет несколько конфигураций:
- Литье по газифицируемым моделям. Суть в том, что выплавляемая модель не сразу исчезает, а тает только в процессе заполнения формы металлом. То есть расплав как бы вытесняет восковую модель.
- Литье в оболочковые формы. Основное отличие в том, из чего делается оболочка модели. В песчано-керамическую отсыпку добавляют полимеры, которые улучшают свойства готового изделия.
Литье в кокиль
Кокиль – это многоразовая форма, которая отличается большой точностью и чистотой. Такой способ литья подходит для серийного производства деталей с простой конфигурацией. Важно, чтобы отливки потом легко выходили из формы. Методом литья активно пользуются в авто-, авиа-, ракето- и машиностроении.
Остывание и затвердевание в кокиле происходит очень быстро, благодаря чему отливки получаются механически прочными.
Кокили чаще всего изготавливают из серого чугуна или некоторых видов сталей – они имеют отличную теплопроводность, быстро нагреваются и так же быстро охлаждаются.
Литье проходит в несколько этапов:
- Смазка поверхностей кокиля.
- Заливка расплавленного металла в кокили ковшом или через стержни.
- Нагрев для снятия литейных напряжений.
- Охлаждение.
- Механическая обработка отливки.
Кокиль подвижный. Он сперва надежно фиксируется, а после остывания отливки – раскрывается.Это позволяет делать закрытые формы.
Литье под давлением
Это очень точный метод литья, он позволяет получить отливки с минимальной степенью шероховатости, которые практически не требуют обработки. Суть заключается в том, что расплав помещается в особенные пресс-формы, которые под действием гидравлического поршня нагнетают давление.
Камера для прессования может быть как холодной, так и горячей. Главное, чтобы отливка получила необходимое давление, благодаря чему заполнила все пространство пресс-формы. После остывания отливки поршень убирается, форма открывается.
Пресс-форма обязательно смазывается жаропрочными составами,чтобы облегчить процесс отделения отливки от формы. Температура внутри камеры может достигать 450 градусов. Скорость движения поршня может быть разной, в зависимости от сплава – от 2,5 до 30 м/с.
Такой способ литья достаточно дорогой и не подходит для очень крупных отливок. Зато
он максимально точный, что бывает важно для серийного производства деталей из цветных металлов. Метод подходит практически для всех литьевых алюминиев и для цинковых сплавов ЦАМ4-1 и ЦА4М3.
Разновидность метода – литье под регулируемым давлением. В таком случае воздействие на расплав осуществляется не прессом, а вакуумом, кислородом или иным газом. При этом давление может быть разным: сильным, слабым, с противодавлением, с вакуумным всасыванием – все это разновидности данного метода литья цветных металлов. Выбор конкретных параметров зависит, в большей степени, от марки сплава и от того, какая точность отливки необходима.
Центробежное литье
Еще его называют ротационным. Таким методом получают различные цилиндры, втулки, роторы, барабаны и прочие элементы, которые имеют форму вращения. Часто метод применяется для заготовительного, а не фасонного литья. Его нельзя назвать самым точным, поэтому после процесса литья отливки требуют дополнительную механическую обработку.
Суть в том, что заливка расплавленного металла производится в постоянно вращающуюся форму. Вращение может иметь различную скорость – от 300 до 3000 оборотов в минуту. При этом расплав растекается и затвердевает, равномерно обволакивая стенки формы.Из-за быстрого охлаждения отливка имеет мелкую зернистость. А из-за центробежной силы легкие примеси в составе расплава перемещаются к краю отливки и легко удаляются при последующей обработке.
Непрерывное литье
Характерно для получения заготовок. Практически всегда так получают алюминиевые слитки для дальнейшей прокатки в листы или плиты. Технология заключается в том, что заливка расплава производится непрерывно в длинные заготовки – трубы, профили, а с обратного конца специальное оборудование вытягивает уже остывший пруток, круг или квадрат для дальнейшей распиловки.
Точность метода достаточно низкая. Второй минус – невозможность создания сложных форм. Но, с другой стороны, это очень быстрый, эффективный и недорогой способ получить заготовки для последующей металлообработки.
Таким образом, способов профессионального литья цветных металлов множество, нужно только выбрать наиболее подходящий. Любители используют просто литье в песок, получая дома отливки с не самыми высокими точностными свойствами, но без применения пресс-форм, восковых моделей или центрифуг. А на металлургическом производстве обычно используют не одну, а несколько методик для получения разных изделий.