Литьё — процесс заполнения определённой ёмкости (изложницы, формы, полости) тем или иным материалом (металлом, реже пластмассой, стеклом), находящимся в жидком агрегатном состоянии, с последующим его затвердеванием. Также — отлитая вещь (изделие).
По ГОСТ 3.1109-82: изготовление заготовки или изделия из жидкого материала заполнением им полости заданных форм и размеров с последующим затвердением. В наиболее распространённом понимании — типовой процесс-операция получения изделий, заключающийся в заполнении специальной ёмкости (формы), формирующей поверхность или часть поверхности изготавливаемого изделия, жидким материалом (металлы и неметаллы) с дальнейшим термо-временным переходом жидкого материала в твёрдое агрегатное состояние и получения, в результате, твёрдой заготовки, близкой по конфигурации, размерам и свойствам к изделию. Литьём называют также продукцию литейного производства, художественные изделия и изделия народных промыслов, полученные с помощью литья.
Мастер литейного дела, отливщик — Лите́йщик или Лите́ц, например «пушечный литец» Андрей Чохов, который, в 1586 году, создал Царь-пушку.
Процесс литья Литьём или литейным производством называют метод производства, при котором изготовляют фасонные изделия путём заливки расплавленного металла в заранее приготовленную литейную форму особого фасона, полость которой имеет конфигурацию заготовки детали. После затвердевания и охлаждения металла в форме получают готовую отливку определённой конфигурации. Основной задачей литейного производства является изготовление литейных отливок, имеющих конфигурацию с максимальным приближением их формы и размеров к форме и размерам требуемой детали, изделия.
Классификация литья
Литьё классифицируется по: Материалу отливок: металлическое — чёрное (из сплавов на основе железа — стали и чугуна) и цветное (из цветных или драгоценных металлов — меди, алюминия, магния, олова, висмута, свинца, кадмия, серебра, золота) и сплавов на их основе, таких как бронзы, латунь, силумины, пьютер и т.д. неметаллическое — из пластмасс (термопластавтоматы - аппараты для массового производства пластмассовых изделий практически любой формы методом литья под давлением), полимеров, минералов, бетона, гипса, органических веществ, керамики, стекла, соли, шлака и других материалов. Назначению отливок: производственно-техническое, бытовое, медицинское, декоративное, художественное и пр. Точности размеров, степени шероховатости поверхности отливок, наличию и величине припуска для механической обработки: грубое, точное, прецизионное. Специальным требованиям, предъявляемым к отливкам. Технологии (видам, способам, методам) получения отливок: в землю, в коки́ль, по выплавляемым моделям, под давлением, электрошлаковое, по газифицируемым моделям, в формы из холоднотвердеющих смесей, выжиманием, по замораживаемым моделям, центробежное, непрерывное, вакуумное и др.
Возможны варианты одной технологии (например, литьё по выплавляемым моделям из парафино-стеариновых смесей и литьё по выплавляемым моделям из легкоплавких сплавов) и объединение различных технологий (например электрошлаковое литьё в кокиль).
Литьё в песчаные формы Литьё в песчаные формы — дешёвый, самый грубый (в плане размерной точности и шероховатости поверхности отливок), но самый массовый (до 75-80 % по массе получаемых в мире отливок) вид литья. Вначале изготовляется литейная модель (в основном используются модели из дерева и древесных материалов. Хотя в настоящее время всё чаще начинают использоваться пластиковые (реже — металлические) модели, полученные методами быстрого прототипирования), копирующая будущую деталь. Модель, закреплённая на подмодельной плите, засыпается песком или формовочной смесью (обычно песок и связующее), заполняющей пространство между ней и двумя открытыми ящиками (опоками). Отверстия и полости в детали образуются с помощью размещённых в форме литейных песчаных стержней, копирующих форму будущего отверстия. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или же затвердевает в термическом шкафу (сушильной печи). Образовавшиеся полости заливаются расплавом металла через специальные отверстия — литники. После остывания форму разбивают и извлекают отливку. После чего отделяют литниковую систему (обычно это обрубка), удаляют облой и проводят термообработку.
Для получения отливки данным методом могут применяться различные формовочные материалы, например, песчано-глинистая смесь или песок в смеси со смолой и т. д. Для изготовления формы используют опоку (металлический короб без дна и крышки). Опока имеет две полуформы, то есть состоит из двух коробов. Плоскость соприкосновения двух полуформ — поверхность разъёма. В полуформу засыпают формовочную смесь и утрамбовывают её. На поверхности разъёма делают отпечаток промодели (промодель соответствует форме отливки). Также выполняют вторую полуформу. Соединяют две полуформы по поверхности разъёма и производят заливку металла.
Новым направлением технологии литья в песчаные формы является применение вакуумируемых форм из сухого песка без связующего.
Литьё в вакуумно-плёночные формы Технология литья в вакуумно-плёночные формы (ВПФ) представляет собой процесс формообразования за счёт кварцевого песка без связующих смесей. Песчаная форма держится за счёт силы вакуума, создаваемого внутри формы. Используемые в процессе модели отливок изготавливаются из дерева или пластика и имеют высокий эксплуатационный срок, так как в процессе изготовления форм модель покрыта плёнкой и не соприкасается с песком, что исключает её износ.
Создание формы для заливки происходит в 4 этапа:
модель будущего изделия обтягивается полиэтиленовой плёнкой и покрывается антипригарной краской; на модель устанавливается опока, в опоку засыпается песок, производится виброуплотнение формы; опока сверху накрывается полиэтиленовой плёнкой, и производится вакуумирование формы; опока отделяется от модели.
Заливка формы металлом происходит так же, как и при литье в песчаные формы. Выбросы и запахи, присутствующие при сгорании материалов формы от контакта с жидким металлом, засасываются вакуумной системой, не выделяясь в атмосферу, что говорит об экологичности процесса.
Метод вакуумно-плёночной формовки относят к точным видам литья, позволяющим изготавливать отливки с малой толщиной стенки. Этот метод применяют при изготовлении стальных, чугунных, алюминиевых и магниевых отливок. Преимуществом метода является высокое качество формовки, поверхность отливки гладкая и чистая, не требующая дополнительной механической обработки, что существенно снижает себестоимость изделий.
Литьё в кокиль
Литьё в кокиль — более качественный способ. Изготавливается кокиль — разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести.
Основные операции и процессы: очистка кокиля от старой облицовки, прогрев его до 200—300 °C, покрытие рабочей полости новым слоем облицовки, простановка стержней, закрывание частей кокиля, заливка металла, охлаждение и удаление полученной отливки. Процесс кристаллизации сплава при литье в кокиль ускоряется, что способствует получению отливок с плотным и мелкозернистым строением, а следовательно, с хорошей герметичностью и высокими физико-механическими свойствами. Однако отливки из чугуна из-за образующихся на поверхности карбидов требуют последующего отжига. При многократном использовании кокиль коробится и размеры отливок в направлениях, перпендикулярных плоскости разъёма, увеличиваются.
В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях. При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.
Литьё под давлением
ЛПД занимает одно из ведущих мест в литейном производстве. Производство отливок из алюминиевых сплавов в различных странах составляет 30—50 % общего выпуска (по массе) продукции ЛПД. Следующую по количеству и разнообразию номенклатуры группу отливок представляют отливки из цинковых сплавов. Магниевые сплавы для литья под давлением применяют реже, что объясняется их склонностью к образованию горячих трещин и более сложными технологическими условиями изготовления отливок. Получение отливок из медных сплавов ограничено низкой стойкостью пресс-форм.
Номенклатура выпускаемых отечественной промышленностью отливок очень разнообразна. Этим способом изготавливают литые заготовки самой различной конфигурации массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов. Выделяются следующие положительные стороны процесса ЛПД: Высокая производительность и автоматизация производства, наряду с низкой трудоёмкостью на изготовление одной отливки, делает процесс ЛПД наиболее оптимальным в условиях массового и крупносерийного производств. Минимальные припуски на мехобработку или не требующие оной, минимальная шероховатость необрабатываемых поверхностей и точность размеров, позволяющая добиваться допусков до ±0,075 мм на сторону. Чёткость получаемого рельефа, позволяющая получать отливки с минимальной толщиной стенки до 0,6 мм, а также литые резьбовые профили. Чистота поверхности на необрабатываемых поверхностях, позволяет придать отливке товарный эстетический вид. Также выделяют следующие негативное влияние особенностей ЛПД, приводящие к потере герметичности отливок и невозможности их дальнейшей термообработки: Воздушная пористость, причиной образования которой являются воздух и газы от выгорающей смазки, захваченные потоком металла при заполнении формы, что вызвано неоптимальными режимами заполнения, а также низкой газопроницаемостью формы. Усадочные пороки, проявляющиеся из-за высокой теплопроводности форм наряду с затруднёнными условиями питания в процессе затвердевания. Неметаллические и газовые включения, появляющиеся из-за нетщательной очистки сплава в раздаточной печи, а также выделяющиеся из твёрдого раствора. Задавшись целью получения отливки заданной конфигурации, необходимо чётко определить её назначение: будут ли к ней предъявляться высокие требования по прочности, герметичности или же её использование ограничится декоративной областью. От правильного сочетания технологических режимов ЛПД, зависит качество изделий, а также затраты на их производство. Соблюдение условий технологичности литых деталей, подразумевает такое их конструктивное оформление, которое, не снижая основных требований к конструкции, способствует получению заданных физико-механических свойств, размерной точности и шероховатости поверхности при минимальной трудоёмкости изготовления и ограниченном использовании дефицитных материалов. Всегда необходимо учитывать, что качество отливок, получаемых ЛПД, зависит от большого числа переменных технологических факторов, связь между которыми установить чрезвычайно сложно из-за быстроты заполнения формы.
Основные параметры, влияющие на процесс заполнения и формирования отливки, следующие: давление на металл во время заполнения и подпрессовки; скорость прессования;