Литейное производство — черных и цветных металлов, сущность, оборудование, способы

Литейное производство: оборудование для литейной лаборатории и контроля литья металла

Литейное производство позволяет производить заготовки и детали различной конфигурации и массы. Получению готовых изделий предшествует множество операций, некоторые их которых происходят при высокой температуре, и предполагает работу с материалами в различных агрегатных состояниях: твердом, газообразном и жидком.

В литейном цехе используется разнообразное технологическое и транспортное оборудование, а получение качественных отливок невозможно без контроля различных параметров на всех этапах производства, поэтому оснащению лаборатории уделяется особое внимание. В арсенале этого подразделения предприятия должны быть приборы для проведения требуемых исследований, в том числе экспресс-анализа химического состава металлов и сплавов.

Спектральные анализаторы. Виды и требования к приборам

Особенности ведения технологического процесса в плавильных печах требует постоянного контроля химического состава на всех стадиях получения металла. Основные требования, предъявляемые к приборам, используемым для этих целей:

• экспрессность;
• высокая точность;
• возможность проведения контроля неразрушающими методами;
• простота проведения анализа;
• возможность автоматизации;
• приспособленность к эксплуатации в производственных условиях.

Оптико-эмиссионные анализаторы

На производстве находят широкое применение оптико-эмиссионные спектроскопы с искровым и дуговым возбуждением спектра (или их комбинацией), у которых рабочей средой служит аргон или воздух. Наиболее простой из них — стилоскоп, который имеет невысокую стоимость и позволяет быстро проводить визуальный анализ химического состава металлов и сплавов. Прибор не отличается высокой точностью, так как для регистрации спектра используется глаз оператора, поэтому литейщики прибегают к использованию более совершенных устройств, которые исключают недостатки стилоскопов.

К преимуществам современных оптико-эмиссионных приборов относят:

Читайте также: Как очистить медь от изоляции химическим способом. Как очистить провода от изоляции на цветмет. Особенности зачистки изоляции и проблемы в выполнении работ

• Возможность обнаружения даже незначительных примесей в сплавах. Это имеет особенную важность в литейном производстве, так как для ведения плавки необходимо знать содержание таких элементов, как углерод, сера и фосфор.
• Высокая точность результатов исследования. Метод используется не только для экспресс-анализа, но и для проведения сертификационного анализа.
• Анализ осуществляется бесконтактным способом.
• Нет необходимости отбора массивных проб.
• Экспрессность. Фактор времени при получении в плавильной печи сплава заданного состава имеет исключительную важность.

Оптико-эмиссионные приборы требуют проведения калибровки. Потребитель получает устройство с загруженными аналитическими программами, что может привести к затруднению при работе со сплавом, имеющим неизвестный химический состав, который отличен от состава стандартного образца. Для получения точных результатов перед исследованием проба нуждается в подготовке.

Рентгенофлуоресцентные анализаторы

Рентгенофлуоресцентный анализ металлов и сплавов позволяет провести количественный и качественный анализ металлов и сплавов. Приборы отличаются компактными размерами и простотой использования. Несмотря на универсальность, они не могут определять присутствие элементов с атомным номером менее 11. Таким образом, РФА не позволяют определить содержание углерода в стали и чугуне — наиболее распространенных материалов для производства отливок.

Тем не менее, метод широко используется в литейном производстве, и дополняет АЭСА, благодаря ряду преимуществ:

• Высокая точность результатов исследований.
• Анализ проводится без разрушения образца.
• Низкий предел обнаружения.
• Простая пробоподготовка.
• Возможность анализа пробы много раз.
• Высокая производительность.

Интересные предложения для литейщиков

Рынок приборов для анализа металлов и сплавов, и других материалов насыщен различными моделями анализаторов, которые могут быть использованы в системе контроля качества литейного производства. Среди них можно найти стационарные, мобильные и портативные устройства, позволяющие решать различные аналитические задачи.

Искролайн 100

Искролайн 100 — настольный спектрометр для анализа химического состава металлов и сплавов. Способен распознавать более 70 элементов, в том числе углерод, серу и фосфор. Прибор используется для входного контроля, сертификационного анализа и экспресс-анализа плавки.

Искролайн 300

Искролайн 300 — атомно-эмиссионный спектрометр, относящийся к лабораторному классу. Прибор способен выполнять экспресс-анализ металлов и сложных сплавов на любых основах в диапазоне спектров 174–930 нм. Находит применение как для решения рутинных аналитических задач, так и проведения сертификационного анализа.

SciAps серия X

Эта серия портативных рентгенофлуоресцентных анализаторов оснащена инновационным аппаратным обеспечением, что позволяет проводить исследование любых проб. Библиотека-марочник насчитывает более 1200 марок с возможностью неограниченного расширения. Параметры прибора оптимизируются в автоматическом режиме.

Система контроля качества

Получение качественной и конкурентоспособной продукции литейного производства невозможно без контроля на всех этапах различных характеристик и свойств материалов, используемых в технологическом процессе. Система контроля качества подразумевает:

Современное литейное производство

Являясь одной из наиболее древних технологий переработки материалов, литьё и ныне не теряет своей актуальности. Проектируются новые процессы и оборудование, совершенствуются приёмы повышения их экологической чистоты и точности.

Сущность и основы

На литейных предприятиях продукция получается в результате плавления исходного материала, последующей его заливки в форму, а затем затвердевания. Литейные цеха производят изделия широкого ассортимента: от компонентов двигателей до разнообразной тары пищевой промышленности. Литьём получают всю продукцию из чугуна, до половины алюминиевых деталей, до 20 % стальных изделий и т.д.

В основе всех литейных технологий лежит понятие жидкотекучести, когда материал, нагретый до температуры, превышающей температуру его плавления, превращается в высоковязкую жидкость. При этом должен соблюдаться эффект неразрывности её течения в необходимом направлении. Это даёт возможность формовать, в процессе затвердевания расплава, нужные заготовки.

Все литейные металлы обладают сложной структурой, поэтому на жидкотекучесть, оказывают влияние:

1. Вязкость.
2. Поверхностное натяжение.
3. Характер поверхностной оксидной пленки.
4. Наличие, содержание и состав включений.
5. Способ затвердевания.
6. Химический состав основного материала.
7. Физико-механические характеристики, прежде всего, удельный вес и температура плавления.

Жидкотекучесть устанавливается по результатам химических анализов и технологических проб применительно к конкретному материалу отливки.

Если ранее процесс течения жидкого металла был плохо управляемым, что приводило к различным дефектам литья – неравномерности структуры конечной продукции и пористости, то теперь ситуация изменилась. Чтобы производить отливки с оптимальным качеством и минимизировать издержки производства, освоены процессы компьютерного моделирования, в результате которых можно прогнозировать скорость потока и наличие различных охлаждающих эффектов. Именно они становятся причиной пористости литого продукта.

3-D моделирование позволяет регулировать:

• Вязкость расплава;
• Интенсивность охлаждения;
• Степень пористости.

Разрабатываемая технологом с учётом перечисленных факторов пространственная модель отливки позволяет ещё на стадии проектирования технологии оптимизировать дизайн детали (обеспечивая её оптимальную конфигурацию), конструировать литейную оснастку, а также создавать наилучшую последовательность выполняемых операций.

Технология литейного производства чёрных и цветных металлов

Литейные свойства материалов учитывают не только жидкотекучесть, но и уменьшение объёма, которое происходит в процессе охлаждения отливки. Такое явление называют усадкой; она составляет 1…3 % от первоначальных размеров. Поскольку все металлы анизотропны*, то различают линейную и объёмную усадку, которые определяют итоговый баланс металла. Первый параметр важен для отливок с увеличенным соотношением длины к ширине, а второй – для отливок сложной формы.

В процессе охлаждения металла в его структуре наблюдается ликвация – неоднородность зёрен, что обуславливается различными свойствами составляющих. Формируются также примеси и неметаллические включения. Ликвация негативно влияет на свойства конечной продукции, поэтому неоднородность структуры стараются уменьшать всеми приемлемыми способами. В частности, действующий ГОСТ 26645-85 «Отливки из металлов и сплавов» ограничивает содержание фосфора, серы (а также их соединений – сульфидов и фосфидов), ряд газов – водород, кислород, а также количество шлаков, не выведенных из металла.

В зависимости от литейных свойств металлов принимается решение о выборе целесообразной технологии получения отливок. Различают свободное литьё в формы (песчаные или металлические), литьё под давлением, литьё выжиманием, центробежное литьё, а также комбинированные способы, например, жидкую штамповку.

Литьё под давлением

Литье под давлением используется для производства отливок ответственного назначения. Процесс требует использования специального оборудования, где металл плавится, а затем поступает в форму, где охлаждается и затвердевает.

Литье под давлением используется для изготовления тонкостенных деталей с большим количеством рёбер и поднутрений. Такие отливки применяют в бытовой технике, электроинструментах, деталях автомобилей и пр. Формы для литья под давлением не ограничиваются по сечению.

1. Возможность получения деталей со сложными формами и небольших размеров.
2. Высокое качество поверхности.
3. Повышенная (в сравнении с обычными литейными технологиями) точность.
4. Стабильность характеристик металла отливки.
5. Высокая производительность.

1. Высокая стоимость оборудования и оснастки.
2. Сравнительно небольшая стойкость инструмента.
3. Повышенный уровень первоначальных финансовых затрат.

Литьё под давлением оправдывает себя при значительных программах выпуска продукции, либо при повышенных требованиях к качеству готовых отливок (в частности, для исключения последующей механической доработки).

Технологический цикл для литья под давлением очень короткий, обычно от 2 секунд до 2 минут, он состоит из следующих четырех этапов:

• Зажима частей пресс-формы, при этом одна половина закрепляется на оборудовании, а вторая получает возможность скольжения по направляющим;
• Подачи расплава в закрытый объём пресс-формы. Объём впрыска определяется объёмом металла (с учётом его усадки), давлением и мощностью подачи;
• Охлаждения расплава в процессе контакта металла со стенками пресс-формы. В некоторых случаях усадку учитывают поджатием подвижной половины пресс-формы к поверхности затвердевающей детали;
• Удаление сформированной отливки из оснастки, время которого рассчитывается, исходя из термодинамических свойств материала и максимальной толщины стенки детали.

После цикла литья под давлением обычно требуется некоторая пост-обработка. Так, при охлаждении часть материала, находящегося в каналах формы, затвердевает. Этот избыточный металл должен быть обрезан с помощью резаков. При необходимости его можно добавлять в расплав, используя для литья следующей партии продукции.

Литьё выжиманием

Технология используется в случае, когда требуется постоянная компенсация усадки материала, и применяется для литья крупных отливок с тонкими стенками. Для этого подвижная полуформа получает принудительное перемещение по направлению к поверхности расплава – вращением, винтовым или плоско-параллельным движением. Последовательность переходов такова. Металл заливают в нижнюю часть формы, далее перемещают подвижную её часть до контакта с расплавом, при этом излишек сливается в приёмный ковш установки. Поскольку между ним и основным металлом поддерживается постоянный тепловой контакт, то потери тепла минимальны, и физико-механические параметры материала равномерны во всех сечениях. Возрастает и коэффициент заполнения формы. После затвердевания подвижная полуформа перемещается в исходное положение, а готовая отливка выталкивается из полости.

1. Повышенная структурная однородность отливки.
2. Высокая равномерность физико-механических характеристик материала.
3. Высокая производительность процесса.

В основном литьё выжиманием используется для получения продукции из алюминиевых литейных сплавов.

Оборудование и формы

В качестве плавильного оборудования в литейных производствах предусматриваются дуговые или индукционные электропечи. Вид оборудования определяется металлами, с которыми работает литейный цех/участок: электродуговые печи идеально подходят для работы со сталью или чугуном, в то время как литейный цех, специализирующийся на меди, с большей вероятностью использует индукционную печь. Печи могут варьироваться в размерах: от небольшого настольного оборудования до тех, что весят несколько тонн.

Современные литейные производства механизированы. Механизации подвергаются практически все операции цикла: от производства стержней до собственно литья. Формовочные машины применяют при серийном производстве отливок. Ручная формовка распространена лишь в малых ремонтных производствах.

В состав основного оборудования включают:

• Плавильные печи;
• Заливочные ковши;
• Загрузочно-транспортное оборудование — погрузчики, краны, конвейеры и пр.
• Средства управления и автоматики.

Электродуговая печь работает по принципу периодического плавления. Металл расплавляется путем подачи электрической энергии внутрь печи через графитовые электроды. Дополнительная химическая энергия подается кислородно-топливными горелками. Кислород вводят для удаления примесей и другого растворённого газа. Когда металл расплавляется, шлак образуется и плавает к верхней части расплава; шлак, который часто содержит нежелательные примеси, удаляется перед выводом.

Индукционная печь передает электрическую энергию методом индукции, когда высоковольтный электрический источник индуцирует низкое напряжение при большом токе во вторичной катушке. Индукционные печи способны работать при минимальной потере сырья, однако больше используются при производстве отливок из цветных металлов и сплавов.

Все литейное оборудование специально разрабатывается для надежной работы при повышенных температурах. Доминирующими тенденциями при производстве данной техники являются масштабность, автоматизация, оперативная отделка отливок, повышенные безопасность и эффективность.

Какие смазочные материалы применяются? Выбор зависит от марки материала и метода литья. Исходный концентрат в жидком виде должен быть водорастворимым, а в твёрдом виде используются термостойкие пасты.

Основной инструмент в литейном производстве

Литейная оснастка – это модели (шаблоны), опоки и формы. Что такое опока? Это полость, куда заливается расплавленный металл. Шаблон представляет собой реплику объекта, подлежащего литью, и используется для формирования отливки. Модели могут быть изготовлены из древесины, металла или пластмассы. Основными этапами получения оснастки являются:

• Получение полости;
• Размерная обработка элементов;
• Разработка и установка механизмов зажима.

Формы разрабатывают с учётом усадки металла, для чего предусматривают компенсаторы. Стенки форм имеют конические участки для облегчения выталкивания из них готового изделия. Полые отливки создаются с использованием стержня — дополнительного объёма песка или металла, который образует внутренние отверстия и проходы в отливке. Каждый стержень помещают в форму до заливки. Для облегчения выемки застывшей отливки из формы используют противопригарные покрытия.

Существует два различных типа литейных форм: одно- и многоразовые.

Изготовление модельной оснастки многоразового применения обычно производится из металла, одноразового – из песка. Для облегчения складирования и применения всегда выполняется маркировка кокилей.

После того, как подготовка формовочных песков завершена, песок размещается вокруг модели. Затем образец удаляют, стержни устанавливают на место, после чего производят заливку расплава. Конструктивные особенности инструментов для литья оптимизируются для различных металлов и уровней сложности полости.

Стоимость некоторых видов литейного оборудования и оснастки представлена в таблице:

Литейное оборудование

Литейное производство позволяет изготавливать различные детали и механизмы, предметы и вещи. Однако для того, чтобы превратить шихту или прутик в сплав, необходимо специализированное литейное оборудование, именно при его помощи можно изготавливать продукцию из металла.

Современные установки и машины помогают сводить к минимуму человеческий труд, практически все они поддаются автоматизации и роботизации, что значительно упрощает и ускоряет производственные процессы.

Рассмотрим более подробно, какое оборудование литейных цехов используется в наши дни и как оно помогает наладить сложные узкоспециализированные технологические процессы.

Основные виды оборудования для литейных цехов

Если рассматривать в целом оборудование для литейного производства, то можно выделить две основные категории: специализированные и общие установки и механизмы.

К специализированным относятся все агрегаты, которые участвуют в процессе превращения металла в готовое изделие. Общие выполняют функцию вспомогательных механизмов, без них специализированные механизмы не смогли бы функционировать.

Наиболее популярное общее оборудование:

• Подъемники;
• Питатели;
• Трансформаторы;
• Системы бункеров;
• Крановое хозяйство;
• Конвейеры различного типа и многое другое.

Следовательно, все эти приспособления могут использоваться в комплексе или по одному.

Количество и мощность вспомогательного оборудования зависят от объемов производства, обрабатываемых металлов, серийности продукции и других факторов.

Выбирать стоит только те единицы техники, которые нужны на определенных участках завода, лишнее оборудование технологическое для литейного производства приобретать нет смысла, так как оно не будет повышать производительность завода.

Специализированное оборудование литейного цеха включает в себя такие агрегаты:

• Печи для плавки металлов;
• Машины литейные;
• Устройства, манипуляторы и механизмы для заливки, датчики, контролирующие процесс изготовления отливок, системы управления и средства для транспортирования;
• Установки, автоматы и комплексы для литья;
• Специальные литейные ковши.

Рассмотрим более детально технологическое оборудование литейных цехов, познакомимся с его функциями и назначением. Также выясним, какие особенности оно имеет и чем отличается от своих первых прототипов.

Печи для плавки металла

Это отдельный вид оборудования, с которого начинается процесс производства металлических изделий и деталей. Современные печи позволяют работать даже с самыми тугоплавкими металлами, получать однородные и достаточно чистые сплавы, проводить процесс плавления быстро и с наименьшими энергозатратами. Существует несколько основных видов печей, которые позволяют работать с различным сырьем.

Индукционные печи для литейных цехов

Этот тип плавильных печей обеспечивает расплавление металлической шихты путем прохождения через нее вихревого тока. Индуктор, в котором расположен тигель, создает магнитное поле.

Во время индукционного плавления сплав помешивается, что придает ему высокую однородность (гомогенность).

Индукционные печи позволяют довольно быстро расплавить шихту, они потребляют мало энергии и почти не загрязняют воздух, что делает их весьма популярными. Тигель такого агрегата может быть выполнен из огнеупорного графита (в них плавится золото, серебро и бронза), из чугуна или стали (в них плавится алюминий), из керамики (в таких тиглях плавится сталь и чугун).

В зависимости от сферы применения и объемов производства выбирают тигли с вместительностью от 5 до 20 тысяч килограмм. Ювелирное литейное оборудование может иметь вместительность от 5 до 200 кг, также этот размер будет актуальным для использования в стоматологии, экспериментальном плавлении в других отраслях, где не нужно обрабатывать сразу большие объемы сырья.

Если же завод занимается переплавкой цветных металлов, актуально будет применение оборудования, которое может вместить от 100 до 1000 кг сырья.

На металлургических промышленных предприятиях используют печи, в которые вмещается от 1000 до 20 000 кг сырья, эти настоящие гиганты за один год могут изготавливать по 15 тысяч тонн сортового металла.

Электродуговые плавильные печи

В таких плитах нагрев металла создается при помощи электрической дуги постоянного или переменного тока.

Процесс может проходить без окисления, когда плавится легированная шихта, при этом сера удаляется и проводится диффузное раскисление при помощи молотого кокса или алюминия.

Такая плавка позволяет получать легированные стали. Однако возможно и окисление углеродистой шихты воздухом во время плавления. Далее смесь поддается раскислению диффузным методом и осаждением, из нее получаются конструкционные стали.

Оборудование литейных производств данного типа позволяет выпускать конструкционные, жаростойкие, высококачественные легированные и углеродистые стали.

Газовые плавильные печи

Такое литейное оборудование для зуботехнической лаборатории или ювелирной мастерской подойдет просто идеально.

Горение газовоздушной смеси нагревает жаростойкий тигель и сырье, которое в нем размещается. В качестве сырья может выступать олово, драгоценные металлы, медь, алюминий, свинец.

Как видно, обрабатывать можно только металлы, которые имеют не слишком высокую температуру плавления, но в таких печах есть одно неоспоримое преимущество – они позволяют с точностью до одного градуса контролировать температуру внутри тигля. Такое мини литейное оборудование часто используется для обустройств частных мастерских.

Еще отдельно можно выделить муфельные печи, они заслужили такое название из-за названия материала, который используется в качестве защиты.

Муфель не выдерживает температуру свыше 950 градусов по Цельсию, потому такие агрегаты используются только на узкоспециализированных предприятиях.

Литейные машины для цехов

К этой категории относятся машины с горячим прессованием и с холодным прессованием, когда температура сплава не слишком высокая и процесс проходит под очень высоким давлением.

Также есть формовочное оборудование для литейного производства, оно используется для изготовления литейных форм.

Чаще всего это встряхивающе-прессовые машины, которые позволяют создавать более уплотненные формы и отливки высокого качества. Формовочное литейное оборудование подходит для производства верхних и нижних полуформ.

Автоматы, комплексы и установки для литья

Это особая категория, в которую входит оборудование литейной лаборатории или целого производственного комплекса. Уникальность агрегатов заключается в том, что они максимально автоматизированы.

Роботизированные установки и комплексы помогают максимально увеличить производительность продукции, свести к минимуму участие человека в процессе и значительно увеличить качество изготавливаемой продукции.

Современные агрегаты данного типа оснащены специальным программным обеспечением, которым управляет диспетчер.

Следовательно, вместо целого штата работников стоит обучить лишь 2-3 специалистов задавать нужные параметры, и целые производственные комплексы будут бесперебойно функционировать круглые сутки. Именно такое оборудование на данный момент пользуется высоким спросом среди металлургических гигантов.

Специальные ковши для литья металла

Этот класс специализированного литейного оборудования используется для транспортировки и разливки горячих сплавов по цехам завода.

Ковши могут иметь самые различные формы, вместительность, способ разливки, передвижения и управления. Они предназначены для безопасного перемещения расплавленных металлов.

Особенности выбора литейного оборудования

Специализированные агрегаты для литья могут применяться в самых различных сферах, начиная от стоматологии и заканчивая масштабными металлургическими комплексами. Следовательно, для каждого типа производства нужно выбирать разные агрегаты.

Перед покупкой оборудования стоит учитывать такие его параметры:

• Вместительность тигля;
• Температуру плавления в тигле;
• Тип металлов, которые будут поддаваться плавлению;
• Возможность контролировать температурный режим плавильных печей;
• Производительность техники;
• Габариты оборудования;
• Энергопотребление;
• Возможность в дальнейшем автоматизировать агрегаты и включать в линии новые компоненты.

Также стоит учесть, где проводится изготовление литейного оборудования.

Самые простые агрегаты, которые предназначены для использования в небольших мастерских, могут стоить не слишком дорого, но если они должны выполнять большое количество функций или предназначены для бесперебойного серийного производства, то не стоит экономить на качестве.

Также стоит учесть, что ремонт литейного оборудования – это весьма затратное предприятие, потому лучше всего выбирать официальных дистрибьюторов, которые предоставляют гарантийное и постгарантийное обслуживание машин.

При сотрудничестве с ответственными поставщиками вы сможете избежать многих дополнительных растрат, например, вам могут бесплатно или за символическую плату установить все купленные агрегаты, провести их пуско-наладку, если нужно, и установить программное обеспечение.

Также в таких случаях потребитель получает гарантию на приобретенное оборудование, и в случае поломки его должны будут заменить или оперативно починить. Не нужно забывать, что для продления срока эксплуатации оборудование нуждается в своевременном и качественно обслуживании, а его могут обеспечить только квалифицированные специалисты.

Производители литейного оборудования предлагают различные агрегаты для любых сфер применения, потому сделать выбор будет довольно просто.

Однако нужно детально изучить историю поставщика и завода изготовителя продукции данного типа и убедиться, что никто из потребителей не жалуется на предоставляемые товары и услуги. Поскольку покупка такого оборудования – это очень большая статья расходов, к ней нужно подходить очень осознанно и с полной ответственностью.

Источник https://separett.su/cvetmet/litejnoe-oborudovanie.html

Источник https://fabricators.ru/article/sovremennoe-liteynoe-proizvodstvo

Источник https://buzzinside.ru/vidy-litejnogo-oborudovaniya/