Специальные виды литья

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
1 

УДК 621.74 
ББК 34.61 
С71 
 
 
Авторы: 
Илларионов И. Е., Пестриков В. Ф., 
Стрельников И. А., Гартфельдер В. А., 
Королев А. В.  
 
Рецензенты: 
канд. техн. наук, доцент В. А. Мишин (ЧПИ (ф) МГМУ); 
канд. техн. наук, доцент В. А. Тарасов 
 
 
 
 
 
 
С71  
Специальные виды литья : учебное пособие / [Илларионов И. Е. и др.]. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 
148 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-1951-2 
 
Рассматриваются технологии основных специальных видов литья, 
широко применяемых в заготовительных производствах машиностроительных предприятий: литья по выплавляемым моделям, литья в оболочковые формы, кокильного литья, литья под высоким и низким давлением, вакуумного и вакуум-пленочного литья, центробежного и прочих видов литья.  
Для студентов бакалавриата и магистрантов, обучающихся по 
направлениям «Металлургия», «Машиностроение». 
 
УДК 621.74 
ББК 34.61 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-1951-2 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
 
2 

ПРЕДИСЛОВИЕ 
 
В современном производстве для получения литых деталей 
используются около 50 технологических процессов и их вариантов. Исторически сложилось деление этих способов на обычные, 
под которыми чаще всего подразумевают литье в песчаноглинистые формы, и специальные – все остальные виды литья. 
Специальные виды литья, которые позволяют получать отливки с минимальными дефектами, в современном производстве 
литых заготовок занимают 25–30 % общего объема производства отливок массой до 150 кг. 
Изучение дисциплины «Специальные виды литья» способствует расширению теоретических, технологических и практических знаний студентов в области литейного производства, является заключительным этапом подготовки бакалавров и магистрантов. 
В учебном пособии, состоящем из 10 глав, рассмотрены методы литья по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, в 
кокиль, под давлением, штамповка жидкого металла, литье под 
регулируемым газовым давлением, центробежное литье, вакуумно-пленочная формовка, литье по газифицированным моделям и другие специальные виды литья. 
Для лучшего освоения различных методов литья студент 
должен выполнить лабораторные и контрольные работы, тестовые задания и ответить на контрольные вопросы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 

Глава 1 
 
ЛИТЬЕ ПО ВЫПЛАВЛЯЕМЫМ МОДЕЛЯМ 
 
1.1. Сущность способа и его особенности 
 
Сущность литья по выплавляемым моделям заключается в 
том, что расплав заливается в нагретую до высоких температур 
тонкостенную оболочковую форму, изготовленную по разовой 
разрушаемой модели из жидких формовочных смесей. Процесс 
состоит из ряда последовательно выполняемых операций (рис. 1.1). 
 
 
 
Рис. 1.1. Схема технологического процесса литья  
по выплавляемым моделям 
4 

В специальных легко разбираемых пресс-формах изготавливают легкоплавкие модели отливки и элементов литниковой системы. Модели и элементы литниковых систем собирают в блоки, 
на которые в несколько слоев наносится жидкая формовочная 
смесь или обмазка. Каждый слой обсыпается песком и сушится. В 
результате на модельном блоке формируется тонкостенная оболочка, из которой модельный блок выплавляется. Полученную 
оболочковую форму помещают в контейнер с наполнителем, затем прокаливают. После прокаливания производится заливка 
форм в горячем состоянии. Далее следуют операции охлаждения, 
выбивки, обрубки и окончательной обработки отливок. 
Особенностью процесса прежде всего является применение 
разовой разрушаемой модели, в результате чего отпадает необходимость ее разъема, а также разъема формы, что обеспечивает 
высокую геометрическую и размерную точность отливок. Тонкостенная оболочковая форма обладает высокой газопроницаемостью даже при использовании пылевидных огнеупорных материалов, результатом чего является низкая шероховатость поверхности отливок. Заливка металла в нагретые до высоких 
температур формы создает благоприятные условия для хорошей 
заполняемости самых тонких сечений, а также для питания тепловых узлов. 
Благодаря таким достоинствам литье по выплавляемым моделям позволяет получать отливки с размерами по 4–5 классам 
точности, шероховатостью поверхности по 4–5 классам, массой 
от нескольких граммов до 500 кг, толщиной стенок до 1 мм 
практически из любых металлов и сплавов. 
Однако процесс обладает и рядом существенных недостатков. Прежде всего, это самый сложный и длительный процесс из 
всех видов литья. Большой расход металла на литниковую систему снижает выход годного. Высокая стоимость пресс-форм, 
расходных материалов и множественность операций по изготовлению отливок делает процесс рентабельным только в условиях массового производства. Наиболее экономично изготавливать таким способом мелкие, но сложные и ответственные детали, которые должны соответствовать высоким требованиям к 
точности размеров и шероховатости литой поверхности из 
труднообрабaтываемых сплавов и сплавов с низкими литейными свойствами. 
5 

1.2. Проектирование технологии и пресс-форм 
 
Разработка литейной технологии включает в себя, как и в 
других видах литья, выбор положения отливки при заливке, места подвода металла, конструкции литниковой системы, назначение припусков на механическую обработку, галтелей, уклонов 
и т. д. 
Положение отливки при заливке выбирается на основе известных положений о формировании отливки в керамических 
формах. Отсутствие необходимости в назначении разъемов модели и формы значительно упрощает эту задачу. Разъемной выполняется только пресс-форма для изготовления моделей. 
Литниковая система при литье по выплавляемым моделям 
является системой каналов, через которые расплав заливают в 
формы и осуществляется питание отливки во время ее затвердевания, а также несущей конструкцией, удерживающей модели и 
оболочку в период изготовления керамической формы. 
Следовательно, при определении конструкции и размеров 
литниковой системы необходимо учитывать условия получения 
качественных отливок и механическую прочность литниковой 
системы. Наиболее распространены два типа литниковых систем. 
К первому относятся системы, в которых металл подводится 
в массивные узлы отливок (рис. 1.2). Они применяются для отливок массой до 1,5 кг. Литниковая система представлена центральным стояком и одним коротким питателем. Диаметр стояка 
назначают в пределах 20–60 мм. 
Приведенную толщину питателя (отношение площади сечения к периметру) определяют по эмпирической формуле 
 
2
,
z G l
δ =
δ
 
4
3
3
п
п
ст
 
где įп – приведенная толщина питателя; įст – приведенная толщина стояка; z – приведенная толщина узла питателя отливки 
(отношение объема массивной части отливки к ее поверхности); 
G – масса отливки, кг; lп – длина питателя, мм. 
6 

 
 
Рис. 1.2. Литниковые системы первого типа 
 
 
 
Рис. 1.3. Литниковая система второго типа 
 
Длина питателя для отливок массой до 0,5 кг составляет               
4–10 мм, массой более 0,5 кг – 8–12 мм. 
7 

Второй тип литниковых систем применяют для изготовления тонкостенных отливок сложной конфигурации средней и 
большой массы (рис. 1.3). 
Литниковая система представлена стояком, рассредоточенными прибылями и несколькими питателями, площадь сечения 
которых рассчитывается по известным зависимостям для 
наименьшей площади сечения литниковых систем. Как правило, 
тонкие стенки отливок в этом случае располагаются вертикально, а металл в полость формы подводят снизу и в прибыли. 
Припуски на механическую обработку при литье по выплавляемым моделям обычно назначают в пределах 0,5–3 мм по 
соответствующим ГОСТам. 
Качество изготавливаемых по разработанной технологии 
разовых моделей зависит от конструкции и точности размеров 
полости пресс-форм. При производстве крупных отливок и при 
небольшой серийности обычно изготавливают отдельно прессформы для моделей отливок и для элементов литниковых систем. В случае мелких отливок для массового производства в 
одной пресс-форме изготавливают так называемое модельное 
звено, представляющее собой единое целое из нескольких моделей и элементов литниковой системы. 
Конструкция пресс-формы должна обеспечивать легкое без 
деформаций и повреждений извлечение моделей. Для этого 
пресс-формы изготавливают разъемными. Число разъемов стремятся делать минимальным, однако для сложных моделей приходится делать несколько разъемов. 
Для заполнения полости пресс-формы модельным составом 
она должна иметь соответствующую литниковую систему, а для 
удаления воздуха из рабочей полости – вентиляционную. 
Размеры рабочей полости пресс-формы рассчитывают с 
учетом усадки модели, расширения керамической оболочки при 
прокаливании и усадки отливки. Размеры рекомендуется определять по следующим формулам: 
– для наружных размеров отливки 
 
общ
ном
о
о
У
1
0,5
;
100
D
D §
·
=
+
−
δ
¨
¸
©
¹
 
8 

– для внутренних размеров отливки 
 
общ
ном
о
о
У
1
0,5
,
100
D
D §
·
=
+
+
δ
¨
¸
©
¹
 
 
где Dном – номинальный размер рабочей полости пресс-формы, 
мм; Dо – номинальный размер отливки, мм; įо – допуск на размер отливки, мм; Уобщ – общая линейная усадка, %; Уобщ = Ум +    
+ Уо – Уф. Здесь Ум – свободная линейная усадка модели, %;            
Уо – свободная линейная усадка отливки, %; Уф – среднее линейное расширение формы при прокаливании перед заливкой, %. 
Рабочую поверхность пресс-формы следует изготавливать с 
точностью размеров на один-два класса выше точности размеров отливки. Шероховатость рабочей поверхности до восьмого 
класса. 
Для оформления в моделях простых полостей, не имеющих 
поднутрений, в пресс-формах предусматриваются подвижные и 
неподвижные металлические стержни. Для сложных полостей и 
отверстий используют в моделях либо гибкие резиновые, либо 
растворимые стержни, которые устанавливают в пресс-формах в 
специальные полости для знаков стержней. 
 
1.3. Изготовление моделей и модельных блоков 
 
Процесс изготовления модельных блоков включает в себя 
операции приготовления модельных составов, изготовления моделей отливок и литниковых систем, сборки модельных блоков. 
Для изготовления моделей применяют различные модельные 
составы:  
1) легкоплавкие на основе воскообразных веществ;              
2) тугоплавкие на основе пластмасс;  
3) растворимые. 
Воскообразные модельные составы применяют для изготовления мелких отливок средней сложности. Чаще всего используются парафиново-стеариновые модельные составы (ПС), 
содержащие парафин и стеарин в различных соотношениях. 
Эти составы хорошо смачиваются жидкой формовочной смесью (суспензией), имеют невысокую температуру плавления 
9 

(327–328 К), хорошую жидкотекучесть, низкую зольность, 
пригодны для многократного использования. Возврат модельного состава достигает 90–98 %.  
Недостатками составов ПС являются низкая температура 
размягчения, невысокие твердость и прочность, большая нестабильная усадка. Для уменьшения усадки в жидкий модельный 
состав замешивают 8–10 % воздуха в виде мелких пузырьков, 
после чего состав охлаждают до пастообразного состояния. При 
заполнении пресс-форм пастообразным составом под давлением 
0,2–0,5 МПа пузырьки воздуха сжимаются. При охлаждении 
модели в пресс-форме и развитии усадки давление постепенно 
снимается, воздух в пузырьках расширяется, компенсируя усадку модели, в результате чего независимо от размера усадки, 
присущего тому или иному модельному составу, усадка модели 
практически отсутствует. Однако прочность моделей, полученных 
из пастообразного модельного состава, снижается 1,3–1,5 раза, а 
поверхность получается шероховатой. 
Для улучшения качества моделей в модельные составы добавляют буроугольный воск, церезин, этилцеллюлозу, торфяной 
воск и другие вещества. 
Запрессовка пастообразного состава в пресс-формы осуществляется как ручными, так и автоматическими шприцами. 
Автоматические шприцы чаще всего применяют на карусельных 
10-позиционных автоматах. 
Тонкостенные и крупногабаритные отливки изготавливают 
из более прочных тугоплавких модельных составов. Наиболее 
распространенным является канифольно-полистироловый состав с добавкой церезина (КПсЦ). Он обладает высокой механической прочностью, повышенной твердостью, высокой теплостойкостью (343–353 К) и стабильной усадкой. Модели из него 
имеют гладкую поверхность, хорошо смачиваются суспензией. 
Температура плавления этого модельного состава около 453 К. 
Недостатки состава КПсЦ – сложность приготовления, огнеопасность, низкая жидкотекучесть. Вследствие этого состав запрессовывают в пресс-форму под давлением 1 МПа. Кроме того, 
из-за высокой вязкости состав плохо выплавляется из оболочковой формы и только 30–40 % его идет на повторное использование, остальная часть выжигается при прокаливании оболочек. 
10