Основы технологии литейного производства. Плавка, заливка металла, кокильное литье

Г.Б. Некрасов  И.Б. Одарченко

Основы
технологии литейного 
производства.
Плавка, заливка металла,
кокильное литье

Допущено
Министерством образования 
Республики Беларусь
в качестве учебного пособия 
для учащихся учреждений образования,
реализующих образовательные программы
профессионально-технического образования
по специальности «Технология металлургического
производства и материалообработки»
(квалификации «Плавильщик металла и сплавов»,
«Заливщик металла», «Кокильщик-сборщик»)

УДК 669.1/.8.01.09+658.5(075.32)
ББК 34.3я723
 
Н48

Ре ц е н з е н т ы: кафедра «Машины и технология литейного производства» 
 Белорусского национального технического университета (заведующий кафедрой – 
доктор технических наук, профессор Д.М. Кукуй); директор РУП «Гомельский завод 
литья и нормалей» А.А. Квитанов

Выпуск издания осуществляется по заказу Республиканского института профессионального образования и при финансовой поддержке Министерства образования 
Республики Беларусь.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 
части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

Некрасов, Г. Б.
Н48  
Основы технологии литейного производства. Плавка, заливка металла, кокильное литье : учеб. пособие / Г. Б. Некрасов, 
И. Б. Одарченко. – Минск : Вышэйшая школа, 2013. – 223 с. : ил.
ISBN 978-985-06-2365-2.

Изложены общие сведения о технологии литейного производства, изготовлении литейных форм и стержней, плавке и заливке металла, кокильном и других 
специальных способах литья. Рассмотрены вопросы футеровки и подготовки плавильных печей к работе. Описаны конструкции и особенности технологии плавки 
в современных плавильных агрегатах.
Для учащихся учреждений профессионально-технического образования. Может быть полезно учащимся учреждений среднего специального образования, 
рабочим и  мастерам литейного производства.

УДК 669.1/.8.01.09+658.5(075.32) 
ББК 34.3я723

ISBN 978-985-06-2365-2 
© Некрасов Г.Б., Одарченко И.Б., 2013
 
© Оформление. УП «Издательство “Вы  
шэйшая школа”», 2013

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные программы профессиональнотехнического образования по специальности «Технология металлургического производства и материалообработки» (квалификации «Плавильщик металла и сплавов», «Заливщик металла», «Кокильщик-сборщик»).
В пособии изложены общие сведения о технологии литейного производства, изготовлении литейных форм и стержней, плавке и заливке 
металла, кокильном литье и других специальных способах литья, финишных операциях изготовления отливок. Описаны конструкции современных плавильных агрегатов, особенности технологии плавки 
в них. Рассмотрены вопросы футеровки, подготовки плавильных печей 
к работе.
Изложены сведения о типах и условиях применения разливочных 
ковшей, влиянии способов и параметров заливки на качество отливок. 
Рассмотрены технологические процессы заливки литейных форм 
на плацу, литейных конвейерах и автоматических линиях.
Приведены требования безопасности при выполнении различных 
технологических операций.
Учебное пособие может быть полезно учащимся учреждений среднего специального образования, рабочим и мастерам литейного производства.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Литейное производство является основной заготовительной базой 
современного машино-, автомобиле-, станко- и тракторостроения. Сегодня трудно представить отрасли, которые обходились бы без литых 
изделий из различных сплавов. В основных отраслях промышленности 
доля литых изделий составляет 30–90%.
В современном машиностроении и быту черные литейные сплавы 
являются основным конструкционным материалом. Среди них первостепенное значение имеют углеродистые и легированные стали, серые 
и высокопрочные чугуны.
Изготовление и потребление черных металлов и сплавов в мировом 
производстве составляет 90% от общего производства металлов.
Объем производства металла вообще и стали в частности уже в течение многих лет определяет уровень экономического развития государств.
Получение металлических изделий путем литья является одним 
из древнейших способов обработки металлов, истоки которого лежат 
в бронзовом веке (1–5 тысячелетия до н.э.).
Русские мастера-литейщики владели передовыми для своего времени приемами изготовления отливок. Свидетельством мастерства русских литейщиков прошлого являются образцы литейного искусства: 
Царь-пушка и Царь-колокол, находящиеся в Московском Кремле, памятник Минину и Пожарскому на Красной площади в Москве, памятник Петру Первому на площади Декабристов в Санкт-Петербурге.
Востребованным остается искусство художественного литья в настоящее время. Ограждения и парапеты, осветительные фонари храма 
Христа Спасителя в Москве и набережной Невы в Санкт-Петербурге 
изготовлены гомельскими литейщиками.
Высокие темпы развития литейного производства требуют большого числа квалифицированных рабочих-литейщиков, подготовка которых ведется в учреждениях образования, реализующих образовательные программы профессионально-технического и среднего специального образования.
Данное учебное пособие написано в соответствии с программой, 
 утвержденной Министерством образования Республики Беларусь, для 
подготовки в учреждениях образования плавильщиков металла и сплавов, заливщиков металла, кокильщиков-сборщиков.
Учебный материал пособия изложен с учетом современного состояния техники и технологии литейного производства, описаны технологические процессы производства ведущих машиностроительных и литейных предприятий.

ГЛ А ВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЦЕССЕ 
ПОЛУЧЕНИЯ ОТЛИВОК

1.1. Способы получения отливок

Литые детали, или отливки, производят путем заливки расплавленного металла в разовые и многоразовые литейные формы.
Разовые литейные формы изготавливают из формовочных смесей 
и формовочных масс. После заливки такие формы разрушаются.
При изготовлении многоразовых литейных форм используются различные материалы – сталь, чугун, высокоогнеупорные формомассы, 
позволяющие эксплуатировать такие формы многократно.

1.1.1. Основные операции литейного производства

Отливкой называют массу металла, затвердевшую в литейной форме и извлеченную из нее. От литой заготовки она отличается наличием 
технологических элементов (литниковая система, прибыли), часть которых отделяется в литейном цехе.
Литейная форма – система элементов, образующих рабочую полость, при заливке которой расплавом воспроизводится конфигурация 
будущей отливки.
Процесс получения отливки заключается в изготовлении литейной 
формы и заливке ее жидким металлом. При этом полный цикл получения отливки включает следующие основные операции:
 • плавка металла, приготовление расплава;
 • изготовление форм;
 • заливка расплава в форму и охлаждение отливок;
 • выбивка, очистка и обрубка отливок;
 • термическая обработка и контроль отливок.
Трудоемкость операций распределяется следующим образом: изготовление форм – 60%; плавка и заливка расплава – 10%; обработка 
(выбивка, обрубка, термическая обработка) отливок – 30%.

1.1.2. Разновидности отливок и их классификация

На основании многолетнего опыта производства была выработана 
общепринятая классификация отливок в виде тел различной геометрической сложности (рис. 1.1). При этом геометрическая конфигурация 
отливок определяет технологическую сложность их производства.
Куб – сплошная отливка с центральным размещением основной 
массы. Все три осевых размера имеют близкие величины.

Втулка – пустотелая отливка круглого сечения с размещением основной массы вокруг одной из осей. Все три осевых размера имеют 
близкие величины.
Рычаг – отливка с размещением основной массы вдоль одной из 
осей. Один из осевых размеров значительно превосходит два других.
Цилиндр – сплошная отливка с размещением основной массы 
вдоль одной из осей. Один из осевых размеров превосходит два других 
в 2–3 раза.
Диск – отливка с плоскостным размещением основной массы. Один 
из осевых размеров значительно меньше двух других.
Плита – отливка с плоскостным размещением основной массы. 
Один из осевых размеров значительно меньше других.
Труба – пустотелая отливка с размещением основной массы по периферии одной из осей. Один из осевых размеров значительно больше 
двух других.

Рис. 1.1. Классификация литых деталей машин:

1 – куб; 2 – втулка; 3 – рычаг; 4 – цилиндр; 5 – диск; 6 – плита; 7 – труба; 8 – колесо; 9 – рама; 10 – 
кронштейн; 11 – коробка; 12 – арматура; 13 – сложная отливка

1
2
3
4
5

6
7
8
9
10

11
12
13

Колесо – отливка круглой формы с размещением основной массы 
по периферии в одной плоскости. Один из осевых размеров значительно меньше двух других.
Рама – отливка с неравномерным плоскостным размещением основной массы. Комбинация из рычагов. Площадь отверстий больше 
или равна половине площади отливки в плане.
Кронштейн – отливка с неравномерным пространственным размещением основной массы. Комбинация из плоских стенок и втулок.
Коробка – отливка с пространственным периферийным размещением основной массы. Комбинация из плоских стенок, расположенных 
в различных плоскостях.
Арматура – отливка с пространственным размещением основной 
массы. Комбинация из втулок, плоских и криволинейных стенок.
Сложная отливка – отливка с пространственным размещением 
 основной массы. Сложная комбинация из криволинейных стенок и рычагов.

1.1.3. Способы изготовления отливок

Каждая отливка может быть изготовлена несколькими способами. 
Известные способы получения отливок, методы изготовления форм 
и заполнения их металлом представлены на схеме 1.1. При выборе конкретного способа и технологии изготовления отливок ориентируются 
на технологичность получения отливки с учетом ее характеристики, 
требований, предъявляемых к ней, экономических аспектов производства. При этом обязательно учитывают специфику технологии, которая определяется способом изготовления форм, массой отливок, толщиной стенок и видом сплава.
Способ изготовления форм зависит от некоторых факторов, в частности от вида сплава. Так, литье в гипсовые формы применяют только 
для цветных сплавов. Литье под давлением возможно для всех литейных сплавов, но экономически целесообразно только для цветных 
сплавов.
Необходимо учитывать ограничения по массе. Так, литье в оболочковые формы на термореактивном связующем может применяться для 
получения отливок массой до десятков килограммов, литье по выплавляемым моделям – до нескольких килограммов, обычное литье в металлические формы – от сотен граммов до сотен килограммов, литье 
под давлением – от десятых долей грамма до нескольких десятков килограммов. Литье в гипсовые и керамические формы применяют для 

Способы изготовления форм и отливок 
Схема 1.1

Способ изготовления формы

Формы для изготовления большого
количества отливок (постоянные)

Металлические 
формы

Формы для изготовления нескольких
отливок (полупостоянные)
Формы для изготовления одной
отливки (разовые)

Неметаллические
песчаные формы

Формы 
по сохраняемой 
модели

Формы 
по разрушаемой 
модели

Выжигаемые
модели
Выплавляемые
модели
Металлические
модели
Модели
из гипса, цемента
Деревянные
модели

Упрочнение смеси 
в контакте с моделью

Образование геля
кремнекислоты
Термореактивные
процессы
Химические
процессы
Уплотнение

Заливка с применением
внешних сил

Заливка без применения
внешних сил

Способ заполнения формы

Литье в сырые
песчаные формы

Литье в сухие
песчаные формы

Литье в химически
твердеющие формы

Литье в гипсовые
формы

Литье на термореактивном 
связующем

Литье в керамические
формы

Литье по выплавляемым,
выжигаемым моделям

Литье в металлические
формы

Поточная
разливка

Центробежное
литье

Вакуумное
всасывание

Кристаллизация
под давлением

Литье
под давлением

Усиление
движителя

Центробежная
сила

Атмосферное
давление

Поршневое,
пневмодавление

мелких отливок до нескольких килограммов, обычное литье в песчаные формы – от нескольких граммов до нескольких сотен тонн, что делает этот способ литья наиболее универсальным.
Важным показателем является минимальная толщина стенок. 
Применительно к литью из сталей, наиболее трудно заполняющих 
форму, литье по выплавляемым моделям допускает толщину стенок 
0,8–1,0 мм, остальные способы литья в песчаные формы – 3–5 мм, 
 литье в металлические формы – 4–6 мм. Литье под давлением цветных 
сплавов позволяет получать толщину стенки до десятых долей миллиметра.
По конфигурации и конструкции центробежное литье целесообразно применять для отливок, имеющих форму тел вращения классов 
втулка, труба, колесо, диск, получаемых без стержней. Литье в металлические формы целесообразно применять для несложных деталей 
без выступающих частей. Литье под давлением практически исключает поднутрения. Поточная разливка позволяет получать заготовки 
простейшего профиля. Литье по выплавляемым моделям целесообразно применять для деталей сложной конфигурации классов рычаг, 
втулка, кронштейн, коробка, арматура или для простых деталей 
с фигурной поверхностью, требующей точного выполнения (турбинные лопатки).

1.1.4. Понятие о литейной форме

В литейных цехах изготавливают сухие, сырые, подсушиваемые 
и химически твердеющие разовые песчаные формы, а также специальные формы многократного и разового применения.
В сырых разовых формах получают различные по форме и назначению отливки преимущественно массой до 1000 кг из стали, чугуна 
и цветных сплавов.
В сухих формах получают отливки ответственного назначения 
и крупные отливки массой более 1000 кг из черных и цветных сплавов. 
Для изготовления отливок сырые формы высушивают в сушилах в течение 8–12 ч. Операции сушки форм удлиняют цикл изготовлений отливок и сопровождаются значительным расходом топлива, что делает 
применение сухих форм неэкономичным, поэтому их по возможности 
заменяют подсушиваемыми, а чаще химически твердеющими.
Химически твердеющие формы с высокой прочностью и низкой 
влажностью изготавливают из химически твердеющих смесей и применяют для получения крупных и сложных по конфигурации отливок 
ответственного назначения.