Специальные технологии литья

им. Н.Э. Баумана
МГТУ

ИЗДАТЕЛЬСТВО

УДК 621.74(075.8) 
ББК 34.61я73 
        Г49 
 

Р е ц е н з е н т ы: 

зав. кафедрой «Литейное производство» Московского государственного 
индустриального университета, д-р техн. наук, проф. А.Н. Задиранов; 
Президент Российской ассоциации литейщиков, 
д-р техн. наук, проф. И.А. Дибров 
 

Гини Э. Ч. 
Г49 
Специальные технологии литья : учебник для вузов / Э. Ч. Гини, А. М. За- 
рубин, В. А. Рыбкин. – М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 
367, [1] с. : ил. 
 
ISBN 978-5-7038-3383-4 
 
Приведены основные характеристики и параметры процессов литья по выплавляемым и газифицируемым моделям, в кокиль, под давлением, центробежного литья, литья выжиманием и др. Описаны основные операции этих технологических процессов и используемое оборудование. Впервые рассмотрены возможности литья в условиях невесомости, использования нанотехнологий в литье 
и ряд других вопросов. Материалы учебника соответствуют курсу лекций, читаемых авторами в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Машины и технологии литейного производства», а также для специалистов литейного производства. 

УДК 621.74(075.8) 
                                                                                                            ББК 34.61я73 

 
 © Гини Э.Ч., Зарубин А.М.,  
 
     Рыбкин В.А., 2010 
 
 © Оформление. Издательство 
ISBN 978-5-7038-3383-4 
     МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010 

Оглавление 
3 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие ......................................................................................................... 
6 
Введение ............................................................................................................... 
7 
 
1. Литье в разовые неразъемные формы ....................................................... 
11 
1.1. Литье по выплавляемым моделям ........................................................ 
11 
1.1.1. Общие сведения .......................................................................... 
11 
1.1.2. Пресс-форма ................................................................................ 
17 
1.1.3. Технологический процесс получения моделей ........................ 
22 
1.1.4. Изготовление оболочковых форм .............................................. 
41 
1.1.5. Заливка расплава в формы, выбивка и очистка отливок ......... 
63 
1.1.6. Автоматизация технологического процесса ............................. 
68 
1.1.7. Проектирование технологического процесса ........................... 
73 
1.1.8. Технология изготовления лопаток газотурбинных 
                  двигателей .................................................................................... 
83 
1.1.9. Особенности изготовления отливок из титановых сплавов ........ 
92 
1.2. Литье по газифицируемым моделям .................................................... 
98 
1.2.1. Общие сведения .......................................................................... 
98 
1.2.2. Модельные материалы ................................................................ 
100 
1.2.3. Изготовление газифицируемых моделей .................................. 
100 
1.2.4. Изготовление литейных форм .................................................... 
106 
1.2.5. Заливка литейных форм .............................................................. 
109 
1.2.6. Механизация и автоматизация процесса ................................... 
110 
1.2.7. Литье в магнитно-скрепляемые формы .................................... 
112 
 
2. Литье в постоянные и полупостоянные разъемные формы .................. 
116 
2.1. Литье в кокиль ........................................................................................ 
116 
2.1.1. Общие сведения .......................................................................... 
116 
2.2. Кокиль ..................................................................................................... 
122 
2.2.1. Классификация, элементы и материалы конструкций 
                  кокиля ........................................................................................... 
122 
2.2.2. Изготовление кокилей, их стойкость и пути ее повышения ........  
131 
2.3. Технология литья в кокиль ................................................................... 
135 
2.3.1. Технологические режимы литья. Получение отливок 
из различных сплавов .................................................................. 
135 
2.3.2. Технология литья в облицованные кокили ............................... 
155 
2.4. Кокильные машины и автоматизация литья в кокиль ........................ 
157 
2.4.1. Типы кокильных машин ............................................................. 
157 
2.4.2. Автоматизация литья .................................................................. 
161 
2.5. Проектирование технологического процесса ...................................... 
168 
2.5.1. Технологичность конструкции отливки. Конструирование 
                  кокиля. Усилие запирания кокиля ............................................. 
168 
2.5.2. Графитовые формы ..................................................................... 
178 

Оглавление 
4 

3. Литье с использованием внешних физических воздействий ................. 
180 
3.1. Литье под регулируемым давлением ................................................... 
180 
3.1.1. Общие сведения .......................................................................... 
180 
3.1.2. Литье под низким давлением ..................................................... 
183 
3.1.3. Магнитодинамический способ подачи металла в форму ........ 
193 
3.1.4. Литье с противодавлением ......................................................... 
195 
3.1.5. Литье вакуумным всасыванием ................................................. 
197 
3.1.6. Вакуумно-компрессионное литье .............................................. 
200 
3.1.7. Особенности использования литья под регулируемым  
давлением в массовом и в мелкосерийном производстве .......... 
201 
3.2. Литье под давлением ............................................................................. 
202 
3.2.1. Общие сведения .......................................................................... 
202 
3.2.2. Технология литья под давлением .............................................. 
208 
3.2.3. Материалы пресс-форм .............................................................. 
225 
3.2.4. Конструкция пресс-форм ............................................................ 
227 
3.2.5. Машины для литья под давлением и автоматизация 
                  технологического процесса ........................................................ 
238 
3.2.6. Проектирование технологического процесса ........................... 
250 
3.3. Центробежное литье .............................................................................. 
266 
3.3.1. Общие сведения .......................................................................... 
266 
3.3.2. Технология изготовления отливок ............................................ 
275 
3.3.3. Машины для центробежного литья и автоматизация 
                  технологического процесса ........................................................ 
283 
3.3.4. Изготовление толстостенных отливок для тяжелого  
машиностроения .......................................................................... 
288 
3.3.5. Проектирование технологического процесса ........................... 
289 
 
4. Другие специальные технологии литья ..................................................... 
294 
4.1. Непрерывное литье ................................................................................ 
294 
4.1.1. Общие сведения .......................................................................... 
294 
4.1.2. Технология непрерывного литья и агрегаты для  
                  непрерывного литья .................................................................... 
295 
4.2. Полунепрерывное литье ........................................................................ 
299 
4.2.1. Технология и установка для полунепрерывного литья ........... 
299 
4.3. Литье намораживанием ......................................................................... 
300 
4.3.1. Литье непрерывным намораживанием непосредственно 
из расплава .................................................................................... 
300 
4.3.2. Намораживание на валках .......................................................... 
302 
4.3.3. Литье с последовательным заполнением формы 
                  и с кристаллизацией отливки ...................................................... 
302 
4.4. Менее распространенные способы литья ............................................ 
303 
4.4.1. Жидкая штамповка ...................................................................... 
303 
4.4.2. Литье выжиманием ..................................................................... 
306 
4.4.3. Литье в оболочковые формы ...................................................... 
308 
4.4.4. Изготовление объемных керамических форм  
по постоянным моделям .............................................................. 
312 
4.4.5. Изготовление гипсовых форм .................................................... 
314 
4.4.6. Особенности технологии литья по выплавляемым моделям  
для отливок художественного назначения ................................ 
315 
4.5. Электрошлаковое литье ......................................................................... 
317 

Оглавление 
5 

5. Направления развития специальных технологий литья ....................... 
323 
5.1. Поиск новых структур процессов литья .............................................. 
323 
5.1.1. Общие сведения .......................................................................... 
323 
5.1.2. Понятие идеальной технологии ................................................. 
323 
5.1.3. Факторы, обеспечивающие физическое воздействие  
на производство ........................................................................... 
325 
5.1.4. Формообразование с использованием метода самораспро- 
страняющегося высокотемпературного синтеза ....................... 
326 
5.2. Специальные технологии литья ........................................................... 
327 
5.2.1. Общие сведения .......................................................................... 
327 
5.2.2. Литье в многослойные керамические формы ........................... 
328 
5.3. Литье по моделям из фотополимерных материалов ........................... 
329 
5.4. Использование условий космического пространства для литья  
деталей специального назначения ...................................................... 
330 
5.4.1. Общие сведения .......................................................................... 
330 
5.4.2. Область применения условий космического пространства .... 
331 
5.4.3. Требования к отливкам специального назначения ................... 
331 
5.4.4. Влияние условий невесомости на расплав ................................ 
332 
5.5. Производство монокристаллов ............................................................. 
337 
5.5.1. Методы выращивания монокристаллов .................................... 
337 
5.5.2. Литые композиционные материалы .......................................... 
342 
5.6. Использование нанотехнологий в процессах литья............................. 
343 
5.6.1. Общие сведения .......................................................................... 
343 
5.6.2. Сканирующий туннельный микроскоп и принцип  
его действия .................................................................................. 
344 
 
Приложение .......................................................................................................... 
346 
Литература ............................................................................................................ 
367 
 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В книге представлены наиболее распространенные в промышленности 
способы литья с акцентом на физическую и физико-химическую сущность 
процессов той или иной технологии, особенности формирования качества 
отливок, выбор материалов, конструкции оснастки, назначение технологических режимов, применяемое оборудование и средства автоматизации. Впервые рассмотрены возможности литья в условиях невесомости, использование 
нанотехнологий литья и другие вопросы. 
В учебнике изложена одна из частей дисциплины «Технология литейного 
производства» – специальные технологии литья. В приложении 1 дан список 
ГОСТов на технологическую оснастку, в приложении 2 – схемы технологической оснастки. 
Учебник соответствует программам учебных дисциплин специальности 
«Машины и технологии литейного производства» по направлению подготовки специалистов «Машиностроительные технологии и оборудование» и развивает многолетние педагогические традиции, заложенные первым в стране 
учебным пособием профессора Н.Н. Рубцова «Специальные виды литья» 
(1955) и продолженные его учениками профессорами Г.Ф. Баландиным и 
Ю.А. Степановым, а также другими преподавателями кафедры «Литейные 
технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Издание предназначено для студентов высших технических учебных заведений, а также может быть рекомендовано специалистам литейного производства. 
Учебник подготовлен преподавателями кафедры МТ-5 МГТУ им. Н.Э. Баумана: введение и гл. 3 – А.М. Зарубиным, Э.Ч. Гини, В.А. Рыбкиным, гл. 1 и 5 
(кроме разд. 1.2) – В.А. Рыбкиным, разд. 1.2, гл. 2, 4 – Э.Ч. Гини.  
 

ВВЕДЕНИЕ 

Литейное производство – одно из старейших и в настоящее время основных способов получения металлических деталей для различных отраслей 
промышленности. Литые детали используются не только в машино- и приборостроении, но и в домостроении и дорожном строительстве, а также являются предметами быта и культуры. Это обусловлено тем, что литьем можно получить детали из различных сплавов, практически любой конфигурации, 
структуры, макро- и микрогеометрией поверхности, массой от нескольких 
граммов до нескольких сот тонн, с разными эксплуатационными свойствами. 
При необходимости и экономической оправданности перечисленные показатели достигаются без применения других технологических процессов (механической обработки, сварки, термической обработки и др.). 
Основное направление совершенствования любого производства – модернизация известных и создание новых технологических процессов, уменьшающих 
расход материалов, снижающих затраты труда и энергии, улучшающих условия труда, устраняющих (или уменьшающих) вредное воздействие на окружающую среду и в конечном счете повышающих эффективность производства 
и качество продукции. В рассмотренном смысле литейное производство не является исключением. 
В настоящее время для получения литых деталей используют несколько 
десятков технологических процессов и их вариантов, обладающих достаточно широкой универсальностью или пригодных для изготовления узкой 
номенклатуры определенных отливок. Исторически сложилось деление 
этих процессов на традиционные, под которыми чаще всего подразумевают 
лишь литье в песчано-глинистые формы, и все остальные – специальные 
технологии литья. С ростом числа различных процессов и вариантов получения отливок все острее ощущается необходимость в более четкой и детальной их классификации по основным общим признакам. Это даст возможность систематизировать изложение сущности разных процессов, облегчит понимание заложенных в них принципов и создание новых более 
эффективных способов литья. 
Главным признаком традиционного метода литья можно считать важнейшие характеристики основного инструмента технологического процесса – литейной формы. Это прежде всего разовая, разъемная литейная форма из дисперсных огнеупорных материалов, упрочняемых механическими, 
химическими, физическими или комбинированными способами при ее изготовлении. 
Дополнительный, обязательный признак – заполнение формы расплавом 
гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему. 

Введение 
8 

Остальные характеристики литейной формы (объемная, оболочковая, 
опочная, безопочная, кесонная и т. д.), составы и свойства формовочных смесей, способы их уплотнения или упрочнения, характеристики отливок и сплавов для их изготовления, типы производства и другие характеристики, определяют лишь варианты этого технологического процесса и оборудование для 
выполнения конкретных операций.  
Указанный технологический процесс и варианты его осуществления –
предмет рассмотрения дисциплины «Технология литейного производства». 
Из многочисленных разнообразных специальных технологий литья в 
первую очередь целесообразно выделить способы, обладающие характерными признаками, отличными от традиционной технологии. 
Рассмотрим способы литья, отличающиеся применяемыми инструментами – литейными формами. 
I. Литье в разовые неразъемные литейные формы из дисперсных огнеупорных материалов с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через литниковую систему, как в традиционной технологии. 
Особенность этого способа – использование разовой модели, которую 
для удаления из неразъемной формы разрушают до или в процессе заполнения формы расплавом. В этот способ входят литье по выплавляемым, выжигаемым, растворяемым и газифицируемым моделям. В настоящее время наибольшее распространение получило литье по выплавляемым моделям, а новым и развивающимся процессом является литье с использованием моделей 
из фотополимерных материалов.  
II. Литье в полупостоянные или постоянные разъемные формы с сохранением заполнения формы гравитационным методом сверху из ковша через 
литниковую систему. 
Общая характеристика этого способа – разборная литейная форма, состоящая из полупостоянных (или постоянных) и разовых элементов. Конструкция формы должна позволять извлекать отливку без повреждения многократно используемых элементов формы. Основной метод – литье в кокиль. 
Известно также литье в углеродные (графитовые) формы.  
Характерные признаки следующих способов – дополнительные воздействия на расплав при заполнении формы и затвердевании отливки. В этих 
случаях тип и конструкция литейной формы определяются требованиями к 
отливке и параметрами воздействия на расплав и кристаллизующуюся отливку. 
III. Литье с различными дополнительными воздействиями на расплав при 
заполнении формы в целях получения, главным образом, тонкостенных отливок или отливок с массивными и тонкими частями: 
1) запрессовка металла в форму с высокими скоростями поршневой 
системы (литье под давлением), при этом применяются лишь металлические 
разъемые литейные формы (пресс-формы) и не исключается использование 

Введение 
9 

стержней и формообразующих вставок из дисперсных огнеупорных материалов; 
2) литье под регулируемым, относительно невысоким газовым давлением (литье под низким давлением, с противодавлением, вакуумным всасыванием и др.), что позволяет применять разъемные и неразъемные литейные 
формы из любых материалов, обладающих достаточной огнеупорностью и 
прочностью; 
3) центробежное литье фасонных отливок с возможностью использования разнообразных конструкций литейных форм. Однако при центробежном 
литье тел вращения (труб, втулок, гильз и др.) обычно применяют формы 
специальной конструкции – изложницы;  
4) способы, основанные на других принципах заполнения формы (литье 
выжиманием, погружением форм в расплав и др.). 
Конечно, воздействия на расплав продолжаются и после заполнения им 
формы, что способствует повышению плотности отливок и качества их поверхности. 
Приведем способы, в которых наиболее значимо воздействие на расплав 
в период затвердевания. Такие способы используют для получения особо 
плотных отливок со специальной микроструктурой. 
IV. Литье под всесторонним газовым давлением (автоклавное литье) с 
применением литейных форм из различных материалов; литье с кристаллизацией под давлением (жидкая штамповка) с использованием металлических 
форм. 
V. Литье с воздействием на расплав, оказывающим существенное влияние на формирование микроструктуры отливок. К таким способам можно 
отнести способы с электрическим и электромагнитным воздействием на 
расплав до, во время или после его поступления в форму, с ультразвуковой 
обработкой расплава и др. 
VI. Способы, основанные на формировании свойств отливок при непрерывных и полунепрерывных процессах литья: непрерывном литье с использованием стационарных и подвижных кристаллизаторов; литье вытягиванием из расплава и полунепрерывном литье для получения отливок постоянного профиля по длине; электрошлаковом литье, литье с последовательным 
заполнением, литье намораживанием и другие способы для получения фасонных отливок. 
VII. Способы получения отливок с различными специальными свойствами: армированных отливок; отливок из композиционных материалов и др. 
В производстве литых заготовок специальные технологии литья занимают значительное место. Традиционным литьем в песчано-глинистую 
форму получают 70…75 % отливок от общего объема производства и только 25…30 % отливок – специальными технологиями литья (это далеко не 
точно характеризует объем производства специальными технологиями литья). Как правило, специальными технологиями обычно изготовляют не

Введение 
10

крупные отливки из черных сплавов и большинство легких отливок из 
цветных сплавов. Поэтому по количеству получаемых отливок специальные 
технологии литья не уступают традиционному литью в песчано-глинистые 
формы. 
Следует отметить, что влияние специальных технологий литья в промышленности не одинаково. Они обладают разной универсальностью, а некоторые из упомянутых выше способов находятся в стадии разработки или 
освоения. Описать все существующие методы в рамках одного учебника невозможно, так как это задача справочной и специальной литературы.