Литейное производство I Лите́йное произво́дство

одна из отраслей промышленности, продукцией которой являются отливки (См. Отливка), получаемые в литейных формах при заполнении их жидким сплавом. Годовой объём производства отливок в мире превышает 80 млн. т, из которых около 25% приходится на СССР (1972). Методами литья изготовляется в среднем около 40% (по массе) заготовок деталей машин, а в некоторых отраслях машиностроения, например в станкостроении, доля литых изделий составляет 80%. Из всех производимых литых заготовок машиностроение потребляет примерно 70%, металлургическая промышленность - 20%, производство санитарно-технического оборудования - 10%. Литые детали используют в металлообрабатывающих станках, двигателях внутреннего сгорания, компрессорах, насосах, электродвигателях, паровых и гидравлических турбинах, прокатных станах, с.-х. машинах, автомобилях, тракторах, локомотивах, вагонах. Значительный объём литых изделий, особенно из цветных сплавов, потребляют авиация, оборонная промышленность, приборостроение. Л. п. поставляет также водопроводные и канализационные трубы, ванны, радиаторы, отопительные котлы, печную арматуру и др. Широкое применение отливок объясняется тем, что их форму легче приблизить к конфигурации готовых изделий, чем форму заготовок, производимых др. способами, например ковкой. Литьём можно получить заготовки различной сложности с небольшими припусками, что уменьшает расход металла, сокращает затраты на механическую обработку и, в конечном счёте, снижает себестоимость изделий. Литьём могут быть изготовлены изделия практически любой массы - от нескольких г до сотен т, со стенками толщиной от десятых долей мм до нескольких м. Основные сплавы, из которых изготовляют отливки: серый, ковкий и легированный чугун (до 75% всех отливок по массе), углеродистые и легированные стали (свыше 20%) и цветные сплавы (медные, алюминиевые, цинковые и магниевые). Область применения литых деталей непрерывно расширяется.

Историческая справка. Производство литых изделий известно с глубокой древности (2-1-е тысячелетия до н. э.): в Китае, Индии, Вавилоне, Египте, Греции, Риме отливали предметы вооружения, религиозного культа, искусства, домашнего обихода. В 13-14 вв. Византия, Венеция, Генуя, Флоренция славились своими литыми изделиями. В русском государстве в 14-15 вв. отливались бронзовые и чугунные пушки, ядра и колокола (на Урале). В 1479 построена в Москве «пушечная изба» - первый литейный завод. В царствование Ивана IV созданы литейные заводы в Туле, Кашире и др. городах. В 1586 А. Чохов отлил «Царь-пушку» (См. Царь-пушка) (около 40 т). При Петре I изготовление отливок увеличилось, были созданы литейные заводы на Урале, Юге и Севере государства. В 17 в. чугунные отливки экспортировались за границу. В России созданы замечательные образцы литейного искусства: в 1735 «Царь-колокол » (свыше 200 т) И. Ф. и М. И. Маториными, в 1782 памятник Петру I «Медный всадник» (22 т ) Э. Фальконе , в 1816 памятник К. Минину и Д. М. Пожарскому В. П. Екимовым, в 1850 скульптурные группы Аничкова моста в Петербурге П. К. Клодт ом и др. Одна из самых крупных отливок в мире - шабот (нижняя часть, воспринимающая удар) парового молота (650 т ) изготовлена в 1873 на Пермском заводе. Известно мастерство литейщиков старых русских заводов - Каслинского, Путиловского, Сормовского, Коломенского и др.

Первые попытки научного обоснования некоторых процессов литья сделали в своих работах Р. Реомюр , М. В. Ломоносов и др. учёные. Однако до 19 в. при литье использовали ранее накопленный многовековой опыт мастеров. Лишь в начале 19 в. были заложены теоретические основы литейной технологии, были применены научные методы в решении конкретных производственных задач. Труды Д. Бернулли , Л. Эйлер а, М. В. Ломоносова послужили прочной базой для разработки и совершенствования литейной технологии. В работах русских учёных П. П. Аносов а, Н. В. Калакуцкого и А. С. Лаврова были впервые научно объяснены процессы кристаллизации (См. Кристаллизация), возникновения ликвации (См. Ликвация) и внутренних напряжений в отливках, намечены пути к повышению качества отливок. В 1868 Д. К. Чернов открыл критические точки (См. Критическая точка) металлов. Его труды продолжили А. А. Байков , А. М. Бочвар , В. Е. Грум-Гржимайло , позднее Н. С. Курнаков и др. русские учёные. Большое значение для развития Л. п. имели работы Д. И. Менделеев а.

В годы Советской власти Л. п. развивалось ускоренными темпами: в 1922 впервые налажено производство отливок из алюминиевых сплавов, в 1929 - из магниевых; с 1926 производилась реконструкция существовавших литейных цехов и строительство новых. Строились и вводились в эксплуатацию литейные цехи с высокой степенью механизации, с выпуском отливок до 100 тыс. т и более в год. Одновременно с перевооружением и механизацией Л. п. в СССР проводилось внедрение новой техники, создавались основы теории рабочих процессов и методы расчётов литейного оборудования. В 20-е гг. начала формироваться советская научная школа, основателями которой являются Н. П. Аксенов, Н. Н. Рубцов, Л. И. Фанталов, Ю. А. Нехендзи и др.

Технология литейного производства. Процесс Л. п. многообразен и подразделяется: по способу заполнения форм - на обычное литьё, Литьё центробежное , Литьё под давлением ; по способу изготовления литейных форм - на литьё в разовые формы (служащие лишь для получения одной отливки), литьё в многократно используемые керамические или глиняно-песчаные формы, называется полупостоянными (такие формы с ремонтом выдерживают до 150 заливок), и литьё в многократно используемые, так называемые постоянные металлические формы, например кокили, которые выдерживают до нескольких тыс. заливок (см. Литьё в кокиль). При производстве заготовок литьём используют разовые песчаные, оболочковые самотвердеющие формы. Разовые формы изготовляют с помощью модельного комплекта (См. Модельный комплект) и опоки (См. Опока) (рис. 1 ). Модельный комплект состоит из собственно литейной модели (См. Литейная модель), предназначенной для получения в литейной форме полости будущей отливки, и стержневого ящика для получения литейных стержней, оформляющих внутренние или сложные наружные части отливок. Модели укрепляют на модельных плитах, на которых устанавливают опоки, заполняемые формовочной смесью. Заформованную нижнюю опоку снимают с модельной плиты, переворачивают на 180° и в полость формы вставляют стержень. Затем собирают (спаривают) верхнюю и нижнюю опоки, скрепляют их и заливают жидкий сплав. После затвердевания и охлаждения отливку вместе с литниковой системой (См. Литниковая система) извлекают (выбивают) из опоки, отделяют литниковую систему и очищают отливку - получается литая заготовка.

Наиболее распространено в промышленности производство отливок в разовых песчаных формах. Этот способ применяется для изготовления из различных сплавов заготовок любых размеров и конфигурации. Технологический процесс литья в песчаные формы (рис. 2 ) складывается из ряда последовательных операций: подготовка материалов, приготовление формовочных и стержневых смесей, изготовление форм и стержней, простановка стержней и сборка форм, плавка металла и заливка его в формы, охлаждение металла и выбивка готовой отливки, очистка отливки, термообработка и отделка.

Материалы, применяемые для изготовления разовых литейных форм и стержней, делятся на исходные Формовочные материалы и формовочные смеси; их масса равна в среднем 5-6 т на 1 т годных отливок в год. При изготовлении формовочной смеси используют отработанную формовочную смесь, выбитую из опок, свежие песчано-глинистые или бентонитовые материалы, добавки, улучшающие свойства смеси, и воду. В стержневую смесь (См. Стержневые смеси) обычно входят кварцевый песок, связующие материалы (масло, смола и др.) и добавки. Приготовление смеси производят в определённой последовательности на смесеприготовительном оборудовании (См. Смесеприготовительное оборудование); ситах, сушилах, дробилках, мельницах, магнитных сепараторах, смесителях и т. п.

Формы и стержни изготовляют на специальном формовочном оборудовании (См. Формовочное оборудование) и станках. Насыпанная в опоки смесь уплотняется встряхиванием, прессованием или совместно тем и др. способом. Крупные формы заполняют с помощью Пескомёт ов, реже для изготовления форм используют пескодувные и пескострельные машины. Формы в опоках, заформованные в стержневых ящиках стержни подвергаются тепловой сушке или химическому твердению, например при литье в самотвердеющие формы (См. Литьё в самотвердеющие формы). Тепловую сушку осуществляют в литейных сушилах, а сушку стержней производят также в нагретом стержневом ящике. Сборка форм состоит из следующих операций: установка стержней, соединение половин форм, закрепление форм скобами или грузами, устанавливаемыми на верхнюю форму и предотвращающими их раскрытие при заливке сплавом. Иногда на форму устанавливают литниковую чашу, изготовленную из стержневой или формовочной смеси.

Плавят металл в зависимости от вида сплава в печах различного типа и производительности (см. Плавильное оборудование). Наиболее часто литейный чугун выплавляют в Вагранка х, применяют также электрические плавильные печи (тигельные, электродуговые, индукционные, канального типа и др.). Получение некоторых сплавов из чёрных металлов, например белого чугуна, ведут последовательно в двух печах, например в вагранке и электропечи (т. н. дуплекс-процесс). Заливку форм (См. Заливка форм) сплавом осуществляют из заливочных ковшей, в которые периодически поступает сплав из плавильного агрегата. Затвердевшие отливки обычно выбивают на вибрационных решётках (См. Вибрационная решётка) или коромыслах. При этом смесь просыпается через решётку и поступает в смесеприготовительное отделение на переработку, а отливки - в очистное отделение. При очистке отливок с них удаляют пригоревшую смесь, отбивают (отрезают) элементы литниковой системы и зачищают заливы сплава и остатки литников. Эти операции проводят в галтовочных барабанах, дробеструйных и дробемётных установках. Крупные отливки очищают гидравлическим способом в специальных камерах. Обрубку и зачистку отливки осуществляют пневматическими зубилами и абразивным инструментом. Отливки из цветных металлов обрабатывают на металлорежущих станках.

Для получения необходимых механических свойств большинство отливок из стали, ковкого чугуна, цветных сплавов подвергают термической обработке (См. Термическая обработка). После контроля качества литья и исправления дефектов отливки окрашивают и передают на склад готовой продукции.

Механизация и автоматизация литейного производства. Большинство технологических операций в Л. п. очень трудоёмко, протекает при высокой температуре с выделением газов и кварцесодержащей пыли. Для уменьшения трудоёмкости и создания нормальных санитарно-гигиенических условий труда в литейных цехах применяют различные средства механизации и автоматизации технологических процессов и транспортных операций. Внедрение механизации в Л. п. относится к середине 20 в. Тогда для приготовления формовочных материалов начали использовать бегуны, сита, рыхлители, а для очистки отливок - пескоструйные аппараты. Были созданы простейшие формовочные машины с ручной набивкой форм, позднее стали применять гидравлические прессы. В 20-х гг. появились и быстро распространились пневматические встряхивающие формовочные машины. На каждой технологической операции стремились заменить ручной труд машинным: совершенствовались оборудование для изготовления форм и стержней, устройства для выбивки и очистки отливок, механизировалась транспортировка материалов и готовых отливок, были внедрены конвейеры, разработаны методы поточного производства. Дальнейший рост механизации Л. п. выражается в создании новых усовершенствованных машин, литейных автоматов и автоматических литейных линий, в организации комплексно-автоматизированных участков и цехов. Наиболее трудоёмкие операции при производстве отливок - формовка, изготовление стержней и очистка готовых отливок. На этих участках литейных цехов в наибольшей степени механизированы и частично автоматизированы технологические операции. Особенно эффективно внедрение в Л. п. комплексной механизации и автоматизации. Перспективными являются автоматические линии формовки, сборки и заливки форм сплавом с охлаждением отливок и их выбивкой. Например, на линии системы Бюрер - Фишер (Швейцария) (рис. 3 ) изготовление форм, заливка их сплавом и выбивка отливок из форм автоматизированы. Успешно работает установка для автоматической заливки форм сплавом на непрерывно движущемся конвейере (рис. 4 ). Масса жидкого сплава для заполнения форм контролируется электронным аппаратом, учитывающим металлоёмкость определённой формы. Установка снабжена автоматической смесеприготовительной системой, контроль качества формовочной смеси и регулирование смесеприготовления осуществляются автоматическим устройством (системы «Молдабилити-контроллер», Швейцария).

Для финишных операций (очистки и зачистки отливок) применяют проходные барабаны непрерывного действия с дробемётными аппаратами. Крупные отливки очищают в камерах непрерывного действия, вдоль которых отливки передвигаются на замкнутом транспортёре. Созданы автоматические очистные камеры для отливок, имеющих сложные полости. Например, фирмой «Омко-Нангборн» (США - Япония) разработана камера типа «Робот». Каждая такая камера представляет собой независимый механизм для транспортировки отливок, который работает автоматически, выполняя команды, поступающие от так называемых модулей управления, расставленных на монорельсовой транспортной системе. В зоне очистки по заранее заданной программе с оптимальной скоростью вращается подвеска, на которую автоматически навешивается отливка. Двери камеры открываются и закрываются автоматически.

При массовом производстве предварительная (черновая) зачистка отливок (обдирка) осуществляется в литейных цехах. Во время этой операции также подготавливаются базы для механической обработки отливок на автоматических линиях в механических цехах. Заключительные операции могут производиться и на автоматических линиях. На рис. 5 показана автоматическая линия японской фирмы «Норитакэ» для зачистки блоков цилиндров автомобиля. Такая линия позволяет обработать 120 блоков за 1 ч.

Возможности механизации и автоматизации Л. п. особенно возросли после разработки принципиально новых технологических процессов литья, например изготовление оболочковых форм, или Кронинг-процесс (40-е гг., ФРГ), изготовление стержней отверждением в холодных стержневых ящиках (50-е гг., Великобритания), изготовление стержней с отверждением их в горячих стержневых ящиках (60-е гг., Франция). Еще в 40-е гг. в промышленности начали применять метод изготовления отливок высокой точности по выплавляемым моделям. За относительно короткий срок все технологические операции процесса были механизированы. В СССР создано комплексно-автоматизированное производство литья по выплавляемым моделям с выпуском 2500 т мелких отливок в год (рис. 6 ).

Лит.: Нехендзи Ю. А., Стальное литье, М., 1948; Гиршович Н. Г., Чугунное литье, Л. - М., 1949; Фанталов Л. И., Основы проектирования литейных цехов, М., 1953; Рубцов Н. Н., Специальные виды литья, М., 1955; его же, История литейного производства в СССР, 2 изд., ч. 1, М., 1962; Аксенов П. Н., Технология литейного производства, М., 1957; его же, Оборудование литейных цехов, М., 1968.

Д. П. Иванов, В. Н. Иванов.

Рис. 3. Автоматическая линия системы Бюрер - Фишер (Швейцария) для изготовления форм, заливки их сплавом и выбивки готовых отливок.

Рис. 6. Комплексно-автоматизированный цех литья по выплавляемым моделям с годовым выпуском 2500 т отливок в год.

II Лите́йное произво́дство («Лите́йное произво́дство»)

ежемесячный научно-технический и производственный журнал, орган министерства станкостроительной и инструментальной промышленности СССР и Научно-технического общества машиностроительной промышленности. В 1930-41 выходил под названием «Литейное дело»; с 1941 по ноябрь 1949 не издавался; в дальнейшем выходит под названием «Л. п.». Освещает вопросы теории и практики литейного производства, пропагандирует передовой опыт советских предприятий в области получения высококачественных литейных сплавов, высокопроизводительных технологических процессов производства отливок, комплексной механизации, автоматизации, организации и экономики литейного производства, знакомит с достижениями зарубежного литейного производства. Тираж (1973) 14 тыс. экз. Печатается (полный перевод) в Великобритании под названием «Russian Casting Production» (Birmingham, с 1961).

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .

Литейное производство является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом.
На XI Съезде литейщиков России в Екатеринбурге в сентябре 2013 года был остро поставлен вопрос о состоянии литейной отрасли, которое неразрывно связано с развитием машиностроения.
Производство российского литья за годы реформирования сократилось в 4,5 раза с 18,5 млн. тонн до 4,2 млн. тонн и имеет тенденцию к понижению ниже 4,0 млн. тонн в 2013. Число литейных производств сократилось почти в три раза с 3500 до 1250 предприятий. Ликвидировано 10 научно-исследовательских институтов литейного производства.
Экспорт литья незначителен, экспорт литейного оборудования практически отсутствует. Вместе с тем, импорт литейного оборудования в том числе для литейных цехов металлургических заводов за 10 лет с 2003 года увеличился почти в 9 раз, превысив 1.0 млрд. ам. дол. в 2012 году.
Необходимы неотложные меры по возрождению российского литейного производства, для чего нужно объединение усилий литейных предприятий, машиностроительной отрасли, научного потенциала при реальной поддержке государственных организаций и финансовых институтов развития в рамках частно–государственного партнёрства.
Анализу состояния российского литейного производства посвящена статья Президента ассоциации литейщиков России проф. Диброва И.А.

Рис.1. Выпуск отливок по странам в 2011 г.

Литейное производство России является основной базой машиностроительного комплекса и его развитие зависит от темпов развития машиностроения в целом. Перспективы развития литейного производства определяются потребностью в литых заготовок, их динамикой производства, авторитетом литейных технологий и конкурентной способностью среди развитых зарубежных стран.

Рассмотрим состояние литейного производства России.

В 2011 в мире было произведено 98,6 млн. тонн отливок из черных и цветных сплавов, в том числе в России 4,3 млн.т, что составляет 4,36%

Выпуск отливок по странам приведен на рис. 1, из которого видно, что лидирующее место в производстве отливок занимает Китай, который сегодня производит около половины мирового выпуска литых заготовок.

Рис.2. Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г.

Россия занимает 6-е место после Китая, США, Индии, Германии и Японии.

Выпуск литья в странах BRICS в 2011 г. составил 59,49 млн. тонн, что составляет 60% мирового производства (рис. 2). Россия среди стран BRICS занимает третье место и производит 8,22% от выпуска литья этими странами.

Литейное производство в России занимает лидирующее положение среди таких заготовительных баз машиностроения, как сварка и кузница. Коэффициент использования металла (от 75 до 95%). С другой стороны, литейное производство является наиболее наукоемким, энергоемким и материалоемким производством. Для производства 1 тонны отливок требуется переплавка 1,2-1,7 тонн металлических шихтовых материалов, ферросплавов и флюсов, переработка и подготовка 3-5 тонн формовочных песков (при литье в песчано-глинистые формы), 3-4 кг связующих материалов (при литье в формы из ХТС) и красок. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляют 50-60%, стоимость материалов 30-35%.

Рис.3. Объемы производства отливок в России с 1990 по 2012 гг.г.

Динамика производства отливок в России с 1990 по 2012 гг. приведена на рис. 3. Наиболее высокие объемы производства отливок были в 1985 г. и составляли 18,5 млн. тонн. После этого начался резкий спад производства, связанный с нарушением общих принципов кооперации машиностроительной продукции между республиками СССР, приватизацией и ликвидацией предприятий. Только в Москве закрылись около 20 предприятий, в том числе АМО „ЗИЛ“, заводы „Станколит“, „Динамо“, завод им. Войкова, на которых производили около 500 тыс. тонн литья. С 2001 по 2008 гг. производство отливок стабилизировалось на уровне 7 млн. тонн. В дальнейшем спад производства отливок связан с экономическим кризисом, сокращением квалифицированных кадров, в первую очередь, пенсионеров, закрытием предприятий. В последние годы производство отливок из черных и цветных сплавов стабилизировалось на уровне 4,2 – 4,4 млн. тонн.

Общее число литейных предприятий в России составляет около 1250, которые производят отливки, оборудование, сопутствующие материалы.

Выпуск отливок на одного работающего в 2012 г. составил около 14,3 тонн в год.

В литейном производстве машиностроения и металлургии (по экспертной оценке) занято около 300 тыс. человек, в том числе 90% рабочих, 9,8% инженерных и 0,2% научных работников.

Основное количество литейных предприятий в России (78%) составляют небольшие литейные цехи с объемом выпуска до 5000 тонн литья в год.

Данные по мощностям, объемам выпуска и числу работающих в литейных цехах, по имеющимся у ассоциации сведениям, приведен в табл. 1.

Таблица 1. Анализ состояния производств России по мощностям, объемам выпуска и числу работающих

№	Объем выпуска отливок (т в год)	Кол-во работающих человек	Кол-во предприятий	%	Примечания
1	50000-100000	2000-3000	12	1	Литейные цехи автозаводов, энергомашиностроения, оборонный комплекс
2	10000-50000	500-2000	84	6,7	Литейные цехи крупных машиностроительных заводов
3	5000-10000	200-500	180	14,4	Цехи машиностроительных заводов и отдельные цехи
4	1000-5000	50-200	430	34,4	Цехи машиностроительных предприятий
5	Менее 1000	50-100	544	43,5	Мелкие цехи различного назначения

По технологическим процессам производство отливок распределяется следующим образом:

Таблица 2. Производство отливок по технологическим процессам, %

78 % отливок производятся на механизированных линиях и машинах и вручную. Уровень автоматизации и механизации литейного производства России представлен в табл. 3.

Таблица 3. Уровень автоматизации и механизации литейного производства

В настоящее время экспорт отливок составляет 30 тыс. тонн в год в такие страны, как Германия, Англия, Франция, Израиль, Швеция, Норвегия, Финляндия, импорт составляет около 70 тыс. тонн.

Объемы производства отливок существенно зависят от объемов производства отечественного литейного оборудования для собственных нужд и поставки на экспорт.

Ряд основных производителей литейного оборудования в России сохранили и расширили свою специализацию, однако они не удовлетворяют потребность литейных цехов и заводов. В России не производится следующее оборудование:

• автоматические и механизированные линии для изготовления безопочных форм из песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей;
• машины для изготовления форм из песчано-глинистых смесей с размером опок от 400х500мм до 1200х1500мм;
• машины для изготовления литейных стержней по горячей и холодной оснастке;
• оборудование для покраски литейных форм;
• кокильные машины;
• машины для литья под низким давлением;
• машины для центробежного литья;
• индукционные печи средней частоты емкостью более 10 тонн для выплавки чугуна и стали;
• смесители периодического и непрерывного действия для приготовления холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час;
• оборудование для регенерации холоднотвердеющих смесей производительностью более 10 тонн/час.

Производится неполная гамма машин для литья под высоким давлением.

Парк литейного оборудования за последние 5 лет обновляется незначительно, его средний возраст 28 лет.

Рис.4. Динамика импорта литейного оборудования с 2003 по 2012 гг.

В связи с этим ожидается, что в ближайшие 5-10 лет недостающее оборудование будет закупаться у зарубежных фирм Германии, Италии, США, Японии, Турции, Дании, Англии, Чехии, Франции и др.

Оценим рынок импортного оборудования.

Динамика импорта литейного оборудования в Россию с 2003 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена на рис.4.

В 2012 г. импорт оборудования, запасных частей и приспособлений для литейного и смежных производств из всех стран мира составил около 705 млн. дол. США. Динамика импорта литейного оборудования со всех стран мира с 2007 по 2012 гг. (млн. дол. США) представлена в табл. 4.

Таблица 4. Динамика импорта литейного оборудования с 2007 по 2012 гг.

2007	2008	2009	2010	2011	2012
833,1	948,1	632,2	499,15	676,24	1081,5

Наиболее высокие объемы поставок литейного оборудования в Россию из всех стран мира до 2012 г. были в 2008 г., но в 2012 г. объем поставок оборудования вырос и составил более 1 млрд. дол. США. Поставки только литейного оборудования составляют 720 млн. долларов США, на остальные 259,5 млн. дол. США в Россию поставлены отливки, изложницы, поддоны, различные приспособления и приборы, в том числе для литейных цехов металлургического производства. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за три последних года (2010-2012 гг.) представлена в табл. 5 (млн. дол. США).

Таблица 5. Поставки литейного оборудования из ведущих стран мира за 2010-2012 гг.

Из табл.5 видно, что литейное оборудование в основном поставляется из Германии и Италии. В целом, из зарубежных стран закупается 72% литейного оборудования. Поэтому производство отливок для изготовления отечественного оборудования сокращается.

Несмотря на низкий уровень объемов производства отливок в последние годы многие заводы проводят реконструкцию литейного производства на базе новых технологических процессов и материалов, перспективного оборудования.

Основной целью реконструкции является расширение объемов производства, повышение качества продукции, отвечающего современным требованиям заказчика, улучшение экологической ситуации и условий труда. При проведении реконструкции требуется глубокое изучение рынка сбыта продукции, анализ современных технологических процессов, оборудования и материалов, разработка оптимальной технологической планировки и расстановки оборудования, разработка рабочего проекта. Для технологического и рабочего проектирования нужны квалифицированные специалисты. К сожалению, сегодня в России ограниченное количество организаций, способных полностью взять на себя технологическое и рабочее проектирование цеха или участка. Поэтому создаются творческие группы специалистов и организаций, выполняющих данного рода работы.

За последние 3 года реконструировалось полностью или частично более 90 литейных цехов и участков.

Реконструкция цехов и заводов осуществляется на базе механизированных линиях, заменяя ручной труд. Только за последние 4 года (2008-2012 гг.) в литейных цехах установлено 25 автоматизированных и механизированных линий для изготовления литейных форм.

Внедрение перспективных технологий

Для получения чугуна и стали перспективными являются технологические процессы плавки в индукционных и дуговых электропечах, обеспечивающих стабильно заданный химсостав и температуру нагрева расплава для проведения эффективной внепечной обработки.

Для выплавки литейных сплавов перспективными являются:

Для плавки чугуна:

• Индукционные тигельные печи средней частоты емкостью до 10-15 тонн. Такие печи производят отечественные фирмы: ООО „РЭЛТЕК“, Екатеринбург, ОАО „Электротерм-93“, г. Саратов, ОАО „Новозыбковский завод электротермического оборудования“, ООО „Курай“, г. Уфа, ЗАО НПП „Институт Электротехнологий“, Екатеринбург, ООО „СОДРУЖЕСТВО“ и другие,
  а также иностранные фирмы АВР, Юнкер (Германия), „Индуктотерм“, „Аякс“ (США), „ЭГЕС“, Турция, которые нашли наиболее широкое распространение в России;
• Дуговые печи постоянного тока производства ОАО „Сибэлектротерм“, г. Новосибирск, ООО „НТФ „ЭКТА“, Москва, ООО „НТФ „Комтерм“, Москва.

Для выплавки чугуна более технологически гибкими являются индукционные тигельные печи средней частоты.

Рис.5. Увеличение объемов производства чугуна, выплавленного в индукционных печах (%)

К сожалению, в последние годы не проводятся работы по совершенствованию технологии ваграночной плавки чугуна,. Нет, и ранее не было, в России серийного производства вагранок. В связи с этим все работающие вагранки изготовлены кустарным способом без подогрева дутья и качественной очистки отходящих газов от пыли и вредных составляющих. Газовые вагранки не нашли должного распространения в нашей стране вследствие отсутствия ее надежной конструкции и применяются лишь для получения низких марок чугуна.

На рис.5 представлены данные об увеличении объемов производства отливок из чугуна, выплавленного в индукционных печах, и уменьшении объемов производства отливок из ваграночного чугуна.

Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г. представлено в табл. 6.

Таблица 6. Производство отливок из различных типов чугуна в 2012 г.

Рис.6. Рост объемов производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов (%)

Увеличение объемов выплавки в индукционных печах чугуна с низким содержанием серы позволило повысить производство отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной и вермикулярной формой графита. В период с 2006 по 2012 гг. выпуск отливок из высокопрочного чугуна с шаровидной формой графита вырос на 12 % (рис.6) за счет снижения производства отливок из серого и специального чугунов и стали.

Для плавки стали:

• Дуговые электропечи переменного и постоянного тока, индукционные печи средней и повышенной частоты.

Производство отливок из различных типов стали в 2012 г. Представлено в табл. 7.

Таблица 7. Производство отливок из стали

Для плавки цветных сплавов:

• Электрические индукционные, дуговые и печи сопротивления, газовые и мазутные печи.

Производство отливок из цветных сплавов в 2012 г. представлено в табл. 8.

Таблица 8. Производство отливок из цветных сплавов

В последние годы наблюдался рост производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют

Производство фасонных отливок в России из алюминиевых сплавов различными методами представлено в табл. 9.

Таблица 9. Производство фасонных отливок из алюминиевых сплавов различными методами

В настоящее время развитие производства высококачественных отливок на базе современных технологических процессов в различных отраслях машиностроения осуществляется неравномерно. Наиболее высокие объемы производства отливок наблюдаются в транспортном (автомобильном, железнодорожном и коммунальном) машиностроении, тяжелом и энергетическом машиностроении и оборонной промышленности.

Рис.7. Производство отливок по отраслям в 2012 г.

Объемы производства отливок по отраслям представлены на рис. 7

Анализ динамики производства отливок и отечественного литейного оборудования за последние 10 лет не позволяет определить перспективы развития литейного производства на ближайшие годы. Увеличение объемов производства отливок из черных и цветных сплавов не предвидится, так как продолжается политика и практика закупки машиностроительной продукции за рубежом. Также продолжается тенденция увеличения закупок литья за рубежом. Потребность отечественной промышленности в литых заготовках снижается. Литые заготовки не конкурентоспособны на мировом рынке по причине их высокой себестоимости и по показателю «цена-качество» мы уступаем развитым зарубежным странам.

Новые литейные технологии в последние годы не разрабатываются, так как 10 научно-исследовательских институтов, занимающиеся литейным производством ликвидированы системой приватизации. Научными исследованиями занимаются только литейные кафедры ВУЗов, основной задачей которых является подготовка молодых специалистов. Основное количество кафедр не оснащено современными приборами и оборудованием. Координация научной деятельности в России отсутствует. Количество научных работников за последние 15 лет сократилось с 8 до 0,2% от всех работающих в литейном производстве. Нарушена связь науки с производством, отраслевая наука отсутствует.

В существующих условиях для дальнейшего развития литейного производства, реконструкции старых литейных цехов и строительства новых на базе новых технологических процессов и современного экологически чистого оборудования большую роль играет информационная деятельность, которую проводит Российская ассоциация литейщиков. Ассоциация регулярно организовывает научно-технические специализированные конференции, один раз в 2 года проводится съезд литейщиков и выставка с участием зарубежных специалистов, кроме того, организовывает поездки специалистов на международные выставки по литейному производству и литейные заводы зарубежных стран с целью ознакомления с инновационными техническими решениями и обмена опытом. Выпускает ежемесячно научно-технический журнал «Литейщик России».

Необходимо отметить, что наряду со стабилизацией объемов производства отливок в последние 4 года качество литья значительно повысилось, увеличилась размерная точность и, соответственно, уменьшилась их масса, повысились прочностные и эксплуатационные характеристики, улучшился товарный вид.

Значительно улучшилась технологическая оснащенность ряда предприятий, за последние 15 лет около 350 предприятий провели реконструкцию, которая сдерживается отсутствием оборотных средств на многих предприятий.

Надеемся, что совместная деятельность литейных предприятий с научными и общественными организациями при поддержке Правительства РФ позволит осуществлять дальнейшее развитие литейного производства России.

• Тэги:

Литейные заводы России – предприятия, выпускающие отливки – фасонные детали и заготовки – путем заполнения литейных форм жидкими сплавами. Основные потребители продукции литейных заводов – предприятия машиностроительного комплекса (до 70% от всех выпускаемых литых заготовок), металлургической промышленности (до 20%). Около 10% изделий, производимых методом литья, составляет санитарно-техническое оборудование.

Литье – оптимальный способ получения заготовок сложной геометрии, максимально приближенных по конфигурации к готовым изделиям, что не всегда возможно достичь иными методами (ковкой, сваркой и пр.). В процессе литья получают изделия самой разнообразной толщины (от 0,5 до 500 мм), длины (от нескольких см до 20 м) и массы (от нескольких граммов до 300 тонн). Небольшие припуски – выгодная особенность литейных заготовок, позволяющая снизить себестоимость готовой продукции путем уменьшения расхода металла и затрат на механическую обработку изделий. Свыше половины деталей, используемых в современном промышленном оборудовании, изготовлены методом литья.

Основными видами сырья в литейном производстве служат:

• серый литейный чугун (до 75%);
• сталь – углеродистая и легированная (20%);
• ковкий чугун (3%);
• цветные сплавы – алюминиевые, магниевые, цинковые медные (2%).

Процесс литья осуществляется разнообразными способами, которые классифицируются:

1) по способу заполнения литейных форм:

• обычное литье;
• литье с утеплением;
• литье под давлением;
• центробежное литье;

2) по способу изготовления литейных форм:

• в разовые формы (песчаные, оболочковые), предназначенные для получения лишь одной отливки;
• в формы многократного использования (керамические или глиняно-песчаные), выдерживающие до 150 заливок;
• в постоянные металлические формы (например, кокили), выдерживающие несколько тысяч заливок.

Наиболее распространен способ литья в песчаные формы (до 80% по массе от всех осуществляемых в мире отливок). Технология данного вида литья включает в себя:

• подготовку материалов;
• приготовление формовочных и стержневых смесей;
• создание форм и стержней;
• приостановку стержней и сборку форм;
• плавку металла и заливку его в формы;
• охлаждение металла и выбивку готовой отливки;
• очистку отливки, ее термообработку и отделку.

Первый русский литейный завод (так называемая «пушечная изба») появился в Москве в 1479 г. При Иване Грозном литейные заводы появились в Кашире, Туле и других городах. В царствование Петра I изготовление отливок было освоено практически во всем государстве – на Урале, в южной и северной части страны. В XVII веке Россия начала осуществлять экспорт отливок из чугуна. Замечательными образцами российского литейного искусства служат 40-тонная «Царь-пушка», отлитая А. Чоховым в 1586 г., «Царь-колокол» весом свыше 200 тонн, созданный в 1735 г. И.Ф. и М.И. Маториными. В 1873 г. рабочими Пермского завода была осуществлена отливка шабота (нижней части, воспринимающей удар) парового молота весом 650 тонн, которая входит в число самых гигантских отливок в мире.

Литейным производством называют одну из отраслей промышленности, основной продукцией которой являются используемые в машиностроении. Заводов этой специализации в России функционирует множество. Одни из этих предприятий имеют небольшие мощности, другие можно отнести к настоящим промышленным гигантам. Далее в статье рассмотрим, какие существуют на рынке крупнейшие литейно-механические заводы России (с адресами и описанием), и какую конкретно продукцию они выпускают.

Выпускаемые ЛМЗ изделия

Конечно же, подобные предприятия являются важнейшей частью народного хозяйства. Выпускают литейные заводы России огромное количество самых разных изделий. Изготавливаются в цехах таких предприятий, к примеру, отливки, чушки, слитки. Производятся на предприятиях этой отрасли промышленности и готовые изделия. Это могут быть, например, колосниковые решетки, канализационные люки, колокола и т. д.

Поставляют чугунно-литейные заводы России производимую продукцию, как уже упоминалось, в основном на предприятия отрасли машиностроения. До 50% выпускаемой такими заводами техники приходится именно на литые заготовки. Могут быть партнерами ЛМЗ, конечно же, и компании других специализаций.

Основные проблемы отрасли

Ситуация с литейным производством в РФ сегодня сложилась, к сожалению, непростая. После развала СССР машиностроительная отрасль страны пришла практически в полный упадок. Соответственно, значительно снизился и спрос на фасонно-литейные изделия. Позднее негативное влияние на развитие ЛМЗ оказали санкции и отток инвестиций. Однако, несмотря на это, литейные заводы России продолжают существовать, поставлять на рынок качественную продукцию и даже наращивать темпы производства.

Основной проблемой предприятий этой специализации в РФ вот уже много лет остается необходимость модернизации. Однако реализация новых технологий требует и дополнительных затрат. Необходимое для модернизации оборудование, к сожалению, до сих пор в большинстве случаев таким компаниям приходится покупать за рубежом за большие деньги.

Список самых крупных литейных предприятий в России

Выпуском фасонных изделий из чугуна, стали, алюминия и т. д. сегодня в РФ занимается около 2000 предприятий. Наиболее крупные литейные заводы России - это:

• Балашихинский.
• Каменск-Уральский.
• Таганрогский.
• "КамАЗ".
• Череповецкий.
• Балезинский.

КУЛЗ

Это предприятие было основано в Каменск-Уральском во время войны — в 1942 г. В то время сюда был эвакуирован Балашихинский литейный завод. Позднее мощности этого предприятия возвратили на место. В Каменск-Уральске же начало работать собственное литейное производство.

Во времена СССР продукция КУЛЗ была ориентирована в основном на оборонно-промышленный комплекс страны. В 90-е годы, во времена конверсии, предприятие перепрофилировалось на выпуск товаров народного потребления.

Сегодня КУЛЗ занимается производством фасонно-литейных заготовок, предназначенных как для военной техники, так и для гражданской. В общей сложности предприятие выпускает 150 наименований продукции. Завод поставляет на рынок тормозные системы и колеса для авиационной техники, радиодетали, заготовки из биометалла и металлокерамики и т. д. Головной офис КУЛЗ находится по следующему адресу: г. Каменск-Уральский, ул. Рябова, 6.

БЛМЗ

Практически все литейные заводы России, список которых был предоставлен выше, вводились в эксплуатацию еще в прошлом веке. Не является в этом плане исключением и БЛМЗ. Это старейшее в стране предприятие было основано в 1932 году. Первой его продукцией стали спицевые колеса для самолетов. В 1935 году на заводе были освоены технологии выпуска фасонных изделий из алюминиевых и В послевоенный период предприятие специализировалось в основном на выпуске взлетно-посадочных устройств авиационной техники. В 1966 году здесь начали выпускать изделия, изготовленные из титановых сплавов.

Во времена развала СССР основное направление своей деятельности Балашихинскому заводу удалось сохранить. В начале 2000-х годов на предприятии была произведено активное обновление технического парка. В 2010 г. на заводе приступили к освоению новых производственных площадей с целью расширения ассортимента выпускаемой продукции.

С 2015 г. БЛМЗ, совместно с научным комплексом «Союз», начал реализацию проекта по выпуску газотурбинных установок мощностью до 30 МВт. Располагается офис компании БЛМЗ по адресу: Балашиха, шоссе Энтузиастов, 4.

Таганрогский литейный завод

Главный офис этого предприятия можно найти по такому адресу: Таганрог, Северная площадь, 3. Основан ТЛМЗ был совсем недавно - в 2015 году. Однако на сегодняшний день его мощности составляют уже около 13 тыс. тонн в год. Возможным это стало благодаря использованию новейшего оборудования и инновационных технологий. В настоящее время Таганрогский ЛМЗ является самым современным предприятием литейной отрасли в стране.

Строился ТЛМЗ всего несколько месяцев. В общей сложности за это время было потрачено около 500 млн рублей. Комплектующие для основной линии производства предприятия приобрели у датских компаний. Печи на заводе установлены турецкие. Все остальное оборудование произведено в Германии. Сегодня 90% продукции Таганрогского завода поставляется на отечественный рынок.

Крупнейшие литейные заводы России: ЧЛМЗ

Решение о строительстве Череповецкого предприятия было принято в 1950 году. С 1951 г. завод начал выпуск запасных частей для дорожно-строительных машин и тракторов. Все последующие годы, вплоть до перестройки, предприятие постоянно модернизировалось и расширялось. В 2000 г. руководством завода были выбраны следующие стратегические направления производства:

• выпуск печных роликов для металлургических комбинатов;
• производство печей для машиностроительных предприятий;
• насосное литье для химической промышленности;
• изготовление радиаторных нагревателей для печей.

На сегодняшний день ЧЛМЗ - один из основных российских производителей подобной продукции. Его партнерами являются не только машиностроительные предприятия, но и легкой промышленности, ЖКХ. Офис этого предприятия находится по адресу: Череповец, ул. Стройиндустрии, 12.

Балезинский литейный завод

Это крупнейшее предприятие было основано в 1948 году. Первоначально оно называлось артелью «Литейщик». Специализировался завод в первые годы своего существования в основном на изготовлении посуды из алюминия. Через год на предприятии начали выпускать и чугунное литье. В Балезинский ЛМЗ артель была переименована в 1956 г. Сегодня этот завод выпускает около 400 наименований самой разной продукции. Основным направлением его деятельности является производство печного литья, посуды и хлебопекарных форм. Адрес предприятия: г. Балезин, ул. К.Маркса, 77.

Литейный завод "КамАЗ"

Это предприятие работает в Набережных Челнах. Его производственные мощности составляют 245 тыс. отливок в год. Изготавливает литейный завод "КамАЗ" продукцию из высокопрочного чугуна, серого, с вермикулярным графитом. Построено это предприятие было в 1975 году. Первой продукцией завода стали алюминиевые отливки 83 наименований. В 1976 г. на предприятии освоили выпуск чугунных и стальных изделий. Изначально завод был частью широко известного акционерного общества "КамАЗ". В 1997 году он обрел самостоятельный статус. Однако в 2002 г. предприятие снова стало частью ОАО "КамАЗ". Расположено этот завод по адресу: Набережные Челны, Автозаводский проспект, 2.

Нижегородское предприятие ОАО ЛМЗ

Основной продукцией ОАО «Литейно-механический завод» (Россия, Н. Новгород) является трубопроводная чугунная арматура. Выпускаемые этим предприятием изделия используются при транспортировке газа, пара, нефти, воды, мазута, масел. Свою деятельность завод начал в 1969 г. В то время он был одним из цехов Горьковского Льнопенькобъединения. Сегодня его партнерами являются многие предприятия машиностроения, ЖКХ и водоснабжения.

Вместо заключения

От того, насколько слаженно и стабильно будут функционировать описанные выше литейные заводы России, во многом зависит благополучие и всей страны в целом. Без выпускаемой этими компаниями продукции не смогут работать отечественные предприятия машиностроения, металлургии, легкой промышленности и т. д. Поэтому уделять максимум внимания развитию, реконструкции и модернизации этих и других литейных заводов, оказывая им всестороннюю поддержку, в том числе и на государственном уровне, безусловно, нужно и очень важно.

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

Институт материаловедения и металлургии

Кафедра «Литейное производство и упрочняющие технологии»

Конспект лекций по дисциплине «Литейное производство»

Лекция 1

Основные понятия литейного производства

План лекции

1. Понятие литейного производства.

2. Краткий исторический обзор развития литейного производства. Роль российских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок и слитков.

3. Классификация литейных сплавов и области их применения.

Современную жизнь невозможно представить себе без металлов. Металлы являются основой технического прогресса, фундаментом материальной культуры всего человечества. Но металл становится полезным человеку только тогда, когда из него получили изделия. Существует три основных вида получения изделий из металлов. Это литейное производство, обработка металлов давлением и обработка металлов резанием. Курс «Литейное производство» посвящен первому виду металлообработки.

В настоящем конспекте лекций достаточно подробно рассматриваются теоретические основы литейного производства, кроме того, описываются технологические процессы получения различных изделий и применяемые при этом оборудование и инструмент.

Конспект лекций посвящен литейному производству черных и цветных металлов. В нем изложены основы теории, технологические процессы и оборудование, предназначенное для получения отливок различными способами (в разовые песчано-глинистые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, под давлением и др.).

Главное внимание при изложении материала уделено рассмотрению физического и физико-химического существа процессов той или иной технологии, особенностям конструирования оснастки, назначению технологических режимов, применяемому оборудованию и средствам автоматизации.

Наряду с изложением конкретного материала для каждого технологического способа получения заготовок особое внимание уделяется основным «узким» местам, проблемам технологических процессов, анализу путей и средств их решения для получения изделий заданного качества и достижения высокой эффективности производства; на основе такого же подхода рассмотрены и перспективы развития каждого процесса.

Понятие литейного производства

Сущность литейного производства сводится к получению жидкого, т.е. нагретого выше температуры плавления, сплава необходимого состава и качества и заливке его в заранее приготовленную форму. После охлаждения металл затвердевает и сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Таким образом, чтобы изготовить отливку, необходимо:

1) определить материалы, которые нужно ввести в шихту для плавки, произвести их расчет, подготовить эти материалы (разделать на куски, отвесить нужное количество каждого компонента); загрузить материалы в плавильную печь;

2) осуществить плавку – получить жидкий металл необходимой температуры, жидкотекучести, должного химического состава, без неметаллических включений и газов, способный при затвердевании образовать мелкокристаллическую структуру без дефектов с достаточно высокими механическими свойствами;

3) до окончания плавки приготовить литейные формы (для заливки в них металла), способные, не разрушаясь, выдерживать высокую температуру металла, его гидростатическое давление и размывающее действие струи, а также способные пропускать через поры или каналы выделяющиеся из металла газы;

4) произвести выпуск металла из печи в ковш и доставить его к литейным формам; выполнить заливку литейных форм жидким металлом, не допуская перерывов струи и попадания в форму шлака;

5) после затвердевания металла раскрыть формы и извлечь из них отливки; ПРОИЗВОДСТВО

6) отделить от отливки все литники (металл, застывший в литниковых каналах), а также образовавшиеся (при некачественной заливке или формовке) приливы и заусеницы;

7) очистить отливки от частиц формовочной или стержневой смеси;

8) осуществить контроль качества и размеров отливок.

В настоящее время наибольшее число отливок получают в разовых (песчаных) формах, выполняемых из формовочной смеси, состоящей из кварцевого песка, огнеупорной глины и специальных добавок. После затвердевания металла форму разрушают и извлекают отливку. Кроме разовых, применяют полупостоянные формы, изготовленные из высокоогнеупорных материалов (шамота, графита и др.), они используются для заливки нескольких десятков (50–200) отливок, и постоянные формы – металлические, они служат для получения нескольких сотен, а иногда и тысяч отливок до износа формы. Выбор литейной формы зависит от характера производства, рода заливаемого металла, требований, предъявляемых к отливке.

Краткий исторический обзор развития литейного производства. Роль российских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок и слитков

Литейное производство является одним из самых древних видов искусства обработки металлов, с которым познакомилось человечество. Многочисленные археологические находки, обнаруженные при раскопках курганов в различных пунктах нашей страны свидетельствуют, что и в Древней Руси медное и бронзовое литье производилось в достаточно большом количестве (котелки, наконечники стрел, украшения – серьги, запястья, кольца, головные уборы и др.). При раскопках обнаружены были уцелевшие горны и печи, каменные формочки, служившие для отливки полых топоров, колец, браслетов, металлических бус, крестов и др. Однако большая часть найденных в Древней Руси отливок была получена литьем по восковой модели.

Оригинален способ изготовления модели: из провощенных шнуров сплетали узор, представляющий копию будущего изделия; на эту восковую модель наносили глину, пока не получалась достаточно прочная форма, после высушивания форму прокаливали, воск выплавлялся, а шнуры выгорали, в образовавшуюся полость заливали металл, после охлаждения получалась отливка сложных очертаний.

В ХI в. на Руси возникли местные производственные центры для отливки предметов церковного (медные кресты, колокола, образки, подсвечники и др.) и домашнего (котелки, рукомойники и др.) обихода. Помимо Киева, Новгорода Великого, крупными центрами по выпуску медно-литых изделий стали Устюг Великий, Тверь. Татарское нашествие вызвало застой, продолжавшийся до середины ХIV в., после чего начался подъем литейного производства. Это объясняется тем, что создалось централизованное крупное государство, в связи с чем начали развиваться города и потребовалось вооружение, теперь уже огнестрельное. С производства сварных пушек перешли на бронзовые – литые, отливали колокола, создавали медно-литейные мастерские художественного литья. К середине ХVI в. московская артиллерия занимала в количественном отношении первое место среди артиллерии европейских государств.

Петровская эпоха представляет скачок в развитии литейного производства. Были созданы большие тульские и калужские заводы Никиты Демидова и Ивана Баташова. Первые стальные отливки были получены во второй половине ХIХ в. почти одновременно в различных странах Европы. В России их изготовили в 1866 г. из тигельной стали на Обуховском заводе. Однако качество отливок оказалось низким, так как литейные свойства стали значительно уступали свойствам чугуна. Благодаря работам русских ученых металлургов А.С. Лаврова и Н.В. Калакуцкого, которые объяснили явления ликвации и представили механизм возникновения усадочных и газовых раковин, а также разработали меры борьбы с ними, в полной мере раскрылись достоинства стальных отливок. Поэтому фасонные отливки, полученные А.А. Износковым из мартеновской стали на Сормовском заводе в 1870 г., оказались такого высокого качества, что демонстрировались на выставке в Санкт-Петербурге.

После выхода научных трудов основоположника металлографии Д.К. Чернова, создавшего науку о превращениях в сплавах, об их кристаллизации, структуре и свойствах, начали применять термическую обработку, которая улучшила качество стального литья. Теория металлургических процессов была введена в высшей школе А.А. Байковым в 1908 г. в Петербурском Политехническом институте. В период с 1927 по 1941 гг. происходит невиданный для прежней России рост промышленности, строятся крупнейшие механизированные заводы. Строятся и пускаются литейные цехи, работающие на поточном режиме, с высокой степенью механизации, с конвейерами, с годовым выпуском до 100 тыс. т литья.

Одновременно проводятся научно-исследовательские работы, создаются теории рабочих процессов и методов расчета литейного оборудования. Формируется научная школа Московского высшего технического училища, основанная и возглавляемая проф. Н.П. Аксеновым.

Широкое распространение литейного производства объясняется большими его преимуществами по сравнению с другими способами производства заготовок (ковкой, штамповкой). Литьем можно получить заготовки практически любой сложности с минимальными припусками на обработку.

Кроме того, производство литых заготовок значительно дешевле, чем, например, производство поковок. Развитие литейного производства до наших дней проходило по двум направлениям:

1) разработка новых литейных сплавов и металлургических процессов;

2) совершенствование технологии и механизации производства.

Большие успехи были достигнуты в области изучения и улучшения механических и технологических свойств серых чугунов – наиболее распространенных и дешевых литейных сплавов. Все большее распространение получают и совершенствуются специальные виды литья: кокильное, под давлением, в оболочковые формы, по выплавляемым моделям и др., обеспечивающие получение точных отливок и, следовательно, уменьшение затрат на обработку резанием.

Классификация литейных сплавов и области их применения

В среднем на долю литых деталей приходится около 50 % массы машин и механизмов, а их стоимость достигает 20–25 % от стоимости машин. В зависимости от метода получения литых заготовок сплавы подразделяют на литейные и деформированные. Литейные сплавы либо приготовляют из исходных компонентов (шихтовых материалов) непосредственно в литейном цехе, либо получают с металлургических комбинатов в готовом виде и только переплавляют перед заливкой в литейные формы. Как в первом, так и во втором случае отдельные элементы в процессе плавки могут окисляться (угарать), улетучиваться при повышенных температурах (возгоняться), вступать в химическое взаимодействие с другими компонентами или с футеровкой печи и переходить в шлак.

Для восстановления требуемого состава сплава потери отдельных элементов в нем компенсируют, вводя в расплав специальные добавки (лигатуры, ферросплавы), приготовляемые на металлургических предприятиях. Лигатуры содержат помимо легирующего элемента также и основной металл сплава, поэтому они легче и полнее усваиваются расплавом, чем чистый легирующий элемент. При плавке сплавов цветных металлов применяют лигатуры: медь–никель, медь–алюминий, медь–олово, алюминий–магний и др.

При литье черных сплавов широко используют ферросплавы (ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферровольфрам и др.) для введения легирующих элементов, а также для раскисления расплава. В процессе раскисления элементы, содержащиеся в ферросплавах, выполняют роль восстановителей: они соединяются с кислородом оксида, растворенного в расплаве, восстанавливают металл, а сами, окислившись, переходят в шлак. Очищение (рафинирование) расплава раскислением способствует значительному улучшению качества металла отливки, повышению его прочности и пластичности. Ряд сплавов, а также неметаллических материалов (солей и др.) используют в качестве модификаторов, которые при введении в литейный сплав в небольших количествах существенно влияют на его структуру и свойства, например, измельчают зерно и способствуют повышению прочности металла. Так, для получения высокопрочного чугуна используют модифицирование магнием.

Основными критериями качества литого металла являются механические свойства, показатели структуры, жаростойкости, износостойкости, коррозионной стойкости и др., заданные в технических требованиях.

Сплавы принято разделять, как и металлы, прежде всего на черные и цветные, причем в последние входят и легкие сплавы. Сплавы подразделяют на группы в зависимости от того, какой металл является основой сплава.

Наиболее важными группами сплавов считаются следующие:

чугуны и стали – сплавы железа с углеродом и другими элементами;

сплавы алюминия с различными элементами;

сплавы магния с различными элементами;

бронзы и латуни – сплавы меди с различными элементами.

В настоящее время наиболее широкое применение находят сплавы первой группы, т.е. сплавы черных металлов: около 70 % всех отливок по массе изготовляют из чугуна и около 20 % – из стали. На долю остальных групп сплавов приходится сравнительно небольшая часть общей массы отливок.

В химическом составе сплава различают основные элементы (например, железо и углерод в чугуне и стали), постоянные примеси, наличие которых обусловлено процессом производства сплава, и случайные примеси, попавшие в сплав вследствие тех или иных причин. К вредным примесям в стали и чугуне относятся сера, фосфор, закись железа, водород, азот и неметаллические включения. Вредными примесями в медных сплавах являются закись меди, висмут и в некоторых из них – фосфор. Резко ухудшают свойства оловянной бронзы примеси алюминия и железа, а в алюминиевой бронзе, наоборот, – олово. В алюминиевых сплавах должно быть ограничено содержание железа, в магниевых, кроме того, – меди, никеля и кремния. Газы и неметаллические включения во всех сплавах являются вредными примесями.

Требования к каждому литейному сплаву специфичны, однако существует и ряд общих требований:

1. состав сплава должен обеспечивать получение заданных свойств отливки (физических, химических, физико-химических, механических и др.);

2. сплав должен обладать хорошими литейными свойствами – высокой жидкотекучестью, несклонностью к насыщению газами и к образованию неметаллических включений, малой и стабильной усадкой при затвердевании и охлаждении, несклонностью к ликвации и образованию внутренних напряжений и трещин в отливках;

3. сплав должен быть по возможности простым по составу, легко приготовляться, не содержать токсичных компонентов, не выделять при плавке и заливке сильно загрязняющих окружающую среду продуктов;

4. сплав должен быть технологичным не только в изготовлении отливок, но и на всех последующих операциях получения готовых деталей (например, при обработке резанием, термообработке и т.д.);

5. сплав должен быть экономичным: содержать по возможности меньшее количество дорогостоящих компонентов, иметь минимальные потери при переработке его отходов (литников, брака).

Контрольные вопросы и задания

1. Какова история развития литейного производства в России?

2. Какова роль русских ученых в развитии научных основ и организации производства отливок из сплавов черных и цветных металлов?

3. Каковы методы получения литых заготовок?

4. Какие литейные формы можно использовать для получения фасонных отливок?

5. Каким образом классифицируют литейные сплавы?

6. Каковы требования к литейным сплавам?

7. Перечислите основные области применения литейных сплавов.

8. В чем заключается сущность литейной технологии?