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. 
 

1.1. Литье по выплавляемым моделям 
11

1. ЛИТЬЕ В РАЗОВЫЕ НЕРАЗЪЕМНЫЕ ФОРМЫ 

1.1. Литье по выплавляемым моделям 

1.1.1. Общие сведения 

Сущность. Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в 
применении разовых, точных, неразъемных, керамических оболочковых 
форм, получаемых по разовым моделям с использованием жидких формовочных смесей. Перед заливкой расплава модель удаляют из формы выплавлением, выжиганием, растворением или испарением. Для удаления остатков 
модели и упрочнения форму нагревают до высоких температур. Прокалка 
перед заливкой практически исключает газотворность формы и улучшает ее 
заполняемость расплавом. 
Основные операции. Модель 2 или звено моделей  изготовляют в разъемной пресс-форме 1, рабочая полость которой имеет конфигурацию и размеры отливки с припусками на усадку (модельного состава и материала отливки) и обработку резанием (рис. 1.1, а). Модель получают из материалов с 
невысокой температурой плавления (воск, стеарин, парафин) и материалов, 
способных растворяться (карбамид) или сгорать без образования твердых остатков (полистирол). Готовые модели или их звенья собирают в блоки 3 (рис. 
1.1, б), включающие в себя модели элементов литниковой системы из того же 
материала, что и модель. В блок моделей входят звенья, центральная часть 
которых образует модели питателей и стояка. Модели чаши и нижней части 
стояка выполняют отдельно и устанавливают в блок при сборке. Блок моделей погружают в емкость с жидкой формовочной смесью – суспензией для 
оболочковых форм, состоящей из пылевидного огнеупорного материала (например, из пылевидного кварца или электрокорунда) и связующего (рис. 1.1, в).  
В результате на поверхности модели формируется тонкий (менее 1 мм) слой 
4 суспензии. Для упрочнения и увеличения толщины этого слоя на него наносят зернистый огнеупорный материал 5 (мелкий кварцевый песок, электрокорунд или зернистый шамот) (рис. 1.1, г). Операции нанесения суспензии и 
обсыпки повторяют до получения на модели оболочки требуемой толщины 
(3–10 слоев). 
Каждый слой покрытия высушивают на воздухе или в парах аммиака 6, что 
зависит от связующего (рис. 1.1, д). После сушки оболочковой формы модель 
удаляют из нее выплавлением, растворением, выжиганием или испарением. На 
рис. 1.1, е показан процесс удаления выплавляемой модели в горячей воде 7 (при 
температуре 100 оС), с помощью которого получают многослойную оболочковую форму по выплавляемой модели. Для упрочнения перед заливкой оболочковую форму помещают в металлический контейнер и засыпают огнеупорным 

1. Литье в разовые неразъемные формы 
12

Рис. 1.1. Изготовление многослойной оболочковой формы литьем по выплавляемым 
моделям:  

а – запрессовка модельного состава в пресс-форму; б – сборка блока; в – нанесение суспензии;  
г – обсыпка; д – сушка; е – удаление модели; ж – засыпка огнеупорным материалом; з – прокалка; и – заливка пресс-формы расплавом; 1 – пресс-форма; 2 – модель; 3 – блок моделей отливок и 
литниковой системы; 4 – слой суспензии; 5 – зернистый огнеупорный материал; 6 – пары аммиака;  
7 – горячая вода; 8 – огнеупорный материал; 9 – печь; 10 – прокаленная оболочковая форма 

материалом 8 (кварцевым песком, мелким боем использованных оболочковых 
форм) (рис. 1.1, ж). Для удаления остатков моделей из оболочковой формы и 
упрочнения связующего контейнер с формой помещают в печь 9 для прокали

1.1. Литье по выплавляемым моделям 
13

вания (рис. 1.1, з). Форму 10 нагревают до температуры 900…1100 оС, а затем 
извлекают из печи и заливают расплав в форму (рис. 1.1, и). После затвердевания и охлаждения отливки до заданной температуры оболочковую форму выбивают, отливки очищают от остатков керамики и отрезают от них литники. 
В ряде случаев оболочковые формы прокаливают в печи, а затем для упрочнения засыпают предварительно нагретым огнеупорным материалом. Это 
позволят сократить продолжительность прокаливания формы перед заливкой 
и снизить энергозатраты. Так, например, организован технологический процесс на автоматических линиях для массового производства отливок (более 
подробно это рассмотрено в подразд. 1.1.7). 
Низкая шероховатость поверхности формы при достаточной огнеупорности и химической инертности материала дает возможность получать отливки с поверхностью высокого качества. После очистки от остатков оболочковой формы шероховатость поверхности отливок может быть от Rz = 20 мкм 
до Rа = 1,25 мкм. 
Отсутствие разъема формы, использование для изготовления моделей 
материалов, позволяющих не разбирать форму для их удаления, высокая 
огнеупорность материалов формы, нагрев ее до высоких температур перед 
заливкой улучшают заполняемость и дают возможность получать отливки 
сложнейшей конфигурации, максимально приближенной или соответствующей конфигурации готовой детали, практически из всех известных 
сплавов. Коэффициент точности отливок по массе (КТМ) может достигать 
0,85…0,95, что резко сокращает объемы обработки резанием и отходы металла в стружку. Точность отливок может соответствовать 2–5-му классу 
точности по ГОСТ 26645–85, припуски на обработку резанием для отливок 
размером до 50 мм обычно не превышают 1,0 мм, а размером до 500 мм – 
3,0 мм. Поэтому литье по выплавляемым моделям относится к прогрессивным материало- и трудосберегающим технологическим процессам обработки 
металлов. 
Краткие исторические сведения. Прообраз современного процесса литья по выплавляемым моделям – литье в формы, полученные по восковым 
моделям. Около 4 тыс. лет назад в Древнем Эламе и Вавилоне использовали 
восковые модели для изготовления литых украшений и предметов быта. Этот 
способ также был известен в Древнем Китае и Индии. Позднее он получил 
распространение и в Европе. Находки отливок показывают поразительный 
расцвет художественной обработки металлов у древних племен Кавказа 
2,5…3,0 тыс. лет назад. 
В эпоху Возрождения великие художники и скульпторы применяли восковые модели для литья художественных изделий – скульптур и украшений. 
Восковые модели использовались и мастерами России при литье статуй, 
колоколов, пушек, церковной и домашней утвари. Примерами высокого мастерства литейщиков прошлого являются статуя Персея и отрубленной головы 
Медузы скульптора Б. Челлини, скульптурная группа «Укротители коней» 
скульптора П.К. Клодта, который впервые в истории российского искусства