Значение ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО в Большой советской энциклопедии, БСЭ

ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

производство , одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки , получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из которых около 25% приходится на СССР (1972). Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность - 20%, производство санитарно-технического оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, 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, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы - от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 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 русском 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 'Царь-пушку' (около 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' (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I 'Медный всадник' (22 т ) 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 русских заводов - Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки научного обоснования некоторых 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 начале 19 в. были заложены теоретические основы литейной технологии, были применены научные методы в решении конкретных производственных 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 внутренних 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. Бочвар , В. Е. Грум-Гржимайло , позднее Н. С. Курнаков и др. русские учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д. И. Менделеева .

В годы Советской власти Л. п. развивалось ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено производство 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 советская научная школа, основателями которой являются Н. П. Аксенов, 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 керамические или глиняно-песчаные формы, называется полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, так называемые постоянные металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тыс. заливок (см. Литьё в кокиль ) . При производстве 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 которых устанавливают опоки, заполняемые формовочной смесью. Заформованную 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 промышленности производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ применяется для изготовления из различных сплавов заготовок любых размеров и конфигурации. Технологический 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 специальном 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 пескострельные машины. Формы в опоках, заформованные в стержневых ящиках стержни подвергаются тепловой сушке или химическому твердению, например при литье в самотвердеющие 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 электрические плавильные печи (тигельные, электродуговые, индукционные, канального типа и др.). Получение некоторых сплавов из чёрных металлов, например белого чугуна, ведут последовательно в двух печах, например в вагранке и электропечи (т. н. дуплекс-процесс). Заливку форм сплавом осуществляют из заливочных ковшей, в которые периодически поступает сплав из плавильного агрегата. Затвердевшие отливки обычно выбивают на вибрационных решётках или коромыслах. При этом смесь просыпается через решётку и поступает в смесеприготовительное 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 галтовочных барабанах, дробеструйных и дробемётных установках. Крупные отливки очищают гидравлическим способом в специальных камерах. Обрубку и зачистку отливки осуществляют пневматическими зубилами и абразивным инструментом. Отливки из цветных металлов обрабатывают на металлорежущих станках.

Для получения необходимых механических 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 литейного производства. Большинство технологических операций в Л. п. очень трудоёмко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоёмкости и создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций. Внедрение механизации в Л. п. относится к середине 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 гидравлические прессы. В 20-х гг. появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. На каждой технологической 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 производства. Дальнейший рост механизации Л. п. выражается в создании новых усовершенствованных машин, литейных автоматов и автоматических литейных линий, в организации комплексно-автоматизированных участков и цехов. Наиболее трудоёмкие операции при производстве отливок - формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках литейных цехов в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы технологические операции. Особенно эффективно внедрение в Л. п. комплексной механизации и автоматизации. Перспективными являются автоматические линии формовки, сборки и заливки форм сплавом с охлаждением отливок и их выбивкой. Например, на линии системы Бюрер - Фишер (Швейцария) ( рис. 3 ) изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы. Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущемся конвейере ( рис. 4 ). Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоёмкость определённой формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляются автоматическим 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 которых отливки передвигаются на замкнутом транспортёре. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости. Например, фирмой 'Омко-Нангборн' (США - Япония) разработана камера типа 'Робот'. Каждая такая камера представляет собой независимый механизм для транспортировки отливок, который работает автоматически, выполняя команды, поступающие от так называемых модулей управления, расставленных на монорельсовой транспортной системе. В зоне очистки по заранее заданной программе с оптимальной скоростью вращается подвеска, на которую автоматически навешивается отливка. Двери камеры открываются и закрываются автоматически.

При массовом производстве предварительная (черновая) зачистка отливок (обдирка) осуществляется в литейных цехах. Во время этой операции также подготавливаются базы для механической обработки отливок на автоматических линиях в механических цехах. Заключительные операции могут производиться и на автоматических 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 технологических процессов литья, например 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 промышленности начали применять метод изготовления отливок высокой точности по выплавляемым моделям. За относительно короткий срок все технологические операции процесса были механизированы. В СССР создано комплексно-автоматизированное производство 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; Фанталов 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.

Большая советская энциклопедия, БСЭ. 2012