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

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.

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:

Компания «РемМехСервис» - производственная компания, деятельность которой заключается в изготовлении деталей различного назначения, узлов машин и механизмов, а также их механической обработке. Для изготовления деталей мы используем различные конструкционные материалы - резину и полимеры, стали, цветные металлы и их сплавы. Среди прочего, наше предприятие принимает заказы на изготовление литых изделий из резины. Вы можете заказать изготовление следующих изделий из резины:

1. Формовые изделия:

• запчасти к машинам и механизмам;
• кольца различного сечения;
• плиты и пластины различного назначения.
2. Неформовые изделия:
• Уплотнители различного назначения;
• коврики;
• прокладки;
• трубки.

Материал для изготовления литых резиновых изделий

Резина – эластичный материал, получаемый из натурального или синтетического каучука методом вулканизации: каучук смешивается с вулканизирующим компонентом, чаще всего серой, и нагревается. По назначению резины разделяют на:

• маслобензостойкие;
• кислотостойкие;
• агрессивостойкие;
• теплостойкие;
• термостойкие;
• озоностойкие;
• токопроводящие.

По степени вулканизации резина делится на три вида:

• мягкую, в составе которой содержится до 3% серы;
• полутвердую, с содержанием серы до 30%;
• твердую, концентрация серы в которой превышает 30%.

Наша компания в процессе производства литья резины применяет только высококачественные природные и искусственные материалы:

• каучуки (бутадиен-нитрильный каучук, фторкаучук и пр.);
• латекс;
• полиамиды;
• силикон;

Технология производства литых резиновых изделий

Базовыми процессами при переработке резин в изделия являются:

• подготовка резиновых смесей;
• отливка изделий;
• вулканизация.

В процессе приготовления смесей все порошковые компоненты сушатся и просеиваются с целью освобождения смеси от крупных включений и посторонних предметов, попадание которых в смесь приводит к снижению механической прочности и браку изделий. Каучук распаривается, измельчается, далее, с помощью вальцов, ему придается необходимая пластичность. Затем, с помощью вальцов или специальных смесителей, порошковые составляющие и каучук тщательно перемешиваются. Далее полученная масса отправляется в переработку в полуфабрикаты или готовые изделия.

Существует четыре типа переработки резиновых смесей:

• каландрование;
• непрерывное выдавливание;
• литье под давлением;
• прессование.

1. Процесс каландрования – листование резиновой смеси для получения сырой резины в листах или лентах, толщиной от 0,5 мм до 7 мм. Специальные машины – каландры – представляют из себя трехвалковую или четырехвалковую клеть листопрокатного стана. В трехвалковом каландре резиновая смесь, проходящая между верхним и средним валками (их температура 60-90 градусов), нагревается, обволакивает средний валок и выводится в зазор между средним и нижним валком, температура которого 15 градусов. Основные требования к процессу каландрования – хорошее качество поверхности, равномерность калибра по длине и ширине полотна, намотка холста с минимальным колебанием ширины закатки. Каландрованием производятся как гладкие, так и профилированные листы резины. Так же, с помощью универсального листовально - промазочного каландра, проводят обкладку или промазку текстиля тонким слоем резиновой смеси; процесс протекает так же, как и каландрование резиновых смесей.

2. Непрерывным выдавливанием (шприцеванием, экструзией) называется процесс выдавливания сырых резин, при котором разогретая резиновая смесь проталкивается через профилирующее отверстие (мундштук) и формуются профилированные заготовки. Таким способом изготавливаются трубки, полосы, шнуры и другие изделия. Температура резиновой смеси играет значительную роль в процессе непрерывного выдавливания:

• для червячных машин теплого питания она должна находиться в пределах 40-80 градусов (при ее изменении нарушается процесс шприцевания, получаются заготовки неправильного профиля);
• для червячных машин холодного питания – 18-23 градуса, что значительно упрощает регулирование температурного режима;
• в червячных шприц - машинах холодного и горячего питания, подаваемая смесь выдавливается через профильное отверстие головки с помощью червяка. В шприц – прессах смесь продавливается плунжером через мундштук под давлением. Шприц – прессы, в отличие от шприц-машин, являются механизмами периодического действия и не могут обеспечить непрерывный процесс. В свою очередь, червячные машины можно комплектовать в механические или автоматизированные поточные линии.

3. Литье резины под давлением – это процесс впрыска разогретой каучуковой смеси в подготовленную заранее сомкнутую форму, после чего происходит вулканизация смеси и получается резина с заранее заданными свойствами. Такое литье является одним из наиболее прогрессивных процессов переработки резин в изделия, который особо целесообразен при массовом изготовлении однородных изделий со сложной конфигурацией. Литье под давлением является циклическим процессом. Резиновые смеси для литья под давлением могут быть на основе изопренового и силоксанового каучуков, полихлорорлена, бутилкаучука, бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного или натурального каучука. Смеси должны обладать высокой скоростью вулканизации, при этом иметь высокую стойкость к подвулканизации. Литье резины под давлением имеет ряд преимуществ перед другими способами: благодаря замыканию формы перед впрыском подготовленной резиновой смеси, получаются изделия с гладкой поверхностью, без заусениц и облоя, не требующие дополнительной обработки, сокращается количество отходов производства.

4. Прессовый метод – один из наиболее распространенных методов получения изделий из резиновых смесей. Технология горячего прессования достаточно проста и не требует сложного дорогостоящего оборудования. Сырая резиновая смесь помещается во внутреннюю полость пресс-формы, разогретой до 130-200 градусов, вручную, далее под нужным давлением смеси придается форма внутренней полости пресс-формы. Для получения качественных монолитных изделий необходимо вывести из формы влагу и легколетучие вещества. Нужен так называемый процесс подпрессовки: кратковременное открытие формы с последующим ее смыканием. Далее следует стадия вулканизации: резиновая смесь теряет текучесть, становится прочной, эластичной. Продолжительность вулканизации в процессе горячего прессования резины может значительно превышать продолжительность цикла заполнения пресс-формы резиновой смесью и придания ей необходимой формы.

Контроль качества литья резины

Благодаря наличию современного оборудования и квалифицированного персонала, все литые резиновые изделия изготавливаются в соответствии с международными и отечественными стандартами. Специалисты отдела качества осуществляют постоянный мониторинг качества входного сырья и готовой продукции, соответствие требуемым нормам каждой партии литых резиновых изделий подтверждается паспортом готового изделия.

Как заказать и купить литые резиновые изделия?

Мы принимаем заказы на изготовление, как на серийных, так и единичных литых изделий из резины. Для заказа литья резины, заказчику необходимо предоставить чертеж или эскиз детали (фотографию) с указанием всех необходимых размеров и допусков, и данных о испытываемых нагрузках, условиях эксплуатации (температура, давление, рабочая среда и пр.). Если подобная документация отсутствует, наши специалисты окажут помощь в подготовке КД, основываясь на требованиях заказчика.

Для оформления заказа на изготовление изделий из литой резины вам необходимо заполнить форму обратной связи или отправить чертежи на почту [email protected].

Литье резины

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.

Девиз съезда действительно отражает значительную роль литейного производства и развитии машиностроительного комплекса России. На долю литых деталей в среднем приходится 50 -70% массы (в станкостроении до 90%) и 20 — 22%стоимости машин.

Как правило, литые детали несут высокие нагрузки в машинах и механизмах и определяют их эксплуатационную надежность, точность и долговечность. Поэтому к качеству отливок в настоящее время предъявляются повышенные требования.

Понятие «Качественное литье» объединяет комплекс требований к литой детали, применяемой в машинах и механизмах различных отраслей промышленности. Основными требованиями являются: прочностные и эксплуатационные характеристики, геометрическая и размерная точность, чистота поверхности, товарный вид, минимальные припуски на механическую обработку.

Процесс получения качественной отливки складывается из двух основных технологических комплексов: получение качественного расплава и приготовления литейной формы Однако, даже при качественном выполнении этих технологических процессов может образоваться брак отливок при заливке сплава в форме и охлаждении отливки в контакте с материалом формы. Поэтому технологический цикл получения литой детали является длительным и ответственным.

Первый технологический комплекс складывается из следующих технологических приемов: подготовка шихтовых материалов и расплавление их в плавильном агрегате, термо-временная обработка расплава в печи, внепечная обработка расплава (модифицирование, рафинирование) и заливка его в литейную форму.

Второй комплекс: приготовление формовочной и стрежневой смесей, изготовление форм и стрежней, сборка форм и подача их на заливку (при изготовлении форм из песчано-глинистых и холодно-твердеющих смесей) или изготовление металлических форм при литье в кокиль, литье под давлением, центробежное литье и др. После заливки, затвердевания и охлаждения в форме производятся процессы выбивки, очистки, термообработки, грунтовки отливок.

Несмотря на применение большого количества технологических приемов и значительного перечня материалов, литейного и вспомогательного оборудования для производства качественной отливки литейное производство в России занимает лидирующее положение среди других заготовительных производств машиностроительного комплекса таких как сварка и кузница. Только литейное производство позволяет получить сложные по конфигурации и геометрии фасонные заготовки с внутренними полостями из черных и цветных сплавов развесом от нескольких граммов до 200 тонн.

Литейное производство является наиболее наукоемким, энергоемким и материалоемким производством. При разработке теоретических основ технологических процессов применяются основные науки: физика, химия, физическая химия, гидравлика, математика, материаловедение, термодинамика и другие прикладные науки.

Для производства 1 тонны годных отливок требуется 1,2-1,7 тонн металлических шихтовых материалов, ферросплавов, модификаторов, 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. Расход электроэнергии при плавке черных и цветных сплавов в электрических печах составляет от 500 до 700 кВт/час. В себестоимости литья энергетические затраты и топливо составляет 50-60%, стоимость материалов 30-35%.

Достижения в науке, разработке новых технологических процессов, материалов и оборудования позволили за последние 10 лет повысить механические и эксплуатационные характеристики сплавов на 20%, повысить размерную и геометрическую точность, снизить припуски на механическую обработку, улучшить товарный вид.

Повышение качества литья неразрывно связанно с повышением производительности, автоматизации и механизации технологических процессов, экономических и экологических показателей. Поэтому при строительстве новых и реконструкции старых литейных цехов и заводов выбор технологических процессов и оборудования производится на основе типа сплава, массы и номенклатуры отливок, объема производства отливок, технических требований к отливкам технико-экономических и экологических показателей.

Для разработки перспектив и стратегии дальнейшего развития литейного производства требуется оценка его состояния в целом по России и отдельно в различных отраслях промышленности, определения перспектив развития приоритетных отраслей промышленности и на их основе определить перспективы развития черных и цветных сплавов, технологических процессов и оборудования.

Рассмотрим современное состояние литейного производства России.

В 2015 г. в мире произведено 104,1 млн. т отливок из черных и цветных сплавов. Объемы производства литых заготовок из черных и цветных сплавов в странах мира представлены на рис. 1.

Рис. 1

По экспериментальной оценке в настоящее время в России насчитывается около 1100 действующих литейных предприятий, которые в 2016 г. произвели 3,8 млн. тонн отливок и около 90 предприятий которые производят оборудование и материалы для литейного производства.

Распределение литейных цехов и заводов России по мощностям представлено на рис. 2.

Рис. 2 Распределение литейных цехов и заводов по мощностям, 1000 т/год и %

В настоящее время в России основное количество литейных предприятий (70%) с мощностью до 5 тыс. тонн в год.

Динамика производства отливок из черных и цветных сплавов в период с 1985 г. по 2016 г. представлены в таблице 1.

Таблица 1

Динамика производства отливок и перспектива развития до 2020 г.

На рис. 3 представлена динамика развития производства отливок за последние 12 лет и перспективы до 2020 г.

Основными причинами резкого спада объемов производства отливок в период с 1985 по 2010 г. являлись:

1. Приватизация. Многие заводы (около 30%) оставлены, оборудование и коммуникации разделаны и сданы на лом, в том числе заводы — «Центролиты», которые производили около 1,5 млн. т литья.

2. Общий экономический и технический кризис. Отсутствие законов, цепочка взаимных неплатежей, затоваривание готовой продукции на предприятиях, отсутствие оборотных средств, задолженность по зарплате.

3. Высокие ставки кредитования, высокие налоги и таможенные пошлины.

4. Высокие цены на энергоносители, материалы, низкая заработная плата и др.

Поэтому с 1985 по 2010 объем производства литых заготовок сократился в 4,7 раза.

Во втором периоде с 2005 по 2016 г. г. к этим причинам, которые разрушали литейное производство, добавился модный тезис «Все что можно купить, не надо производить».

В результате в настоящее время основная масса оборудования не только в литейном производстве, но и в металлургии, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве и др. отраслях закупается за рубежом. В такой постановке вопроса отливки не востребованы. Продолжается процесс банкротства и ликвидации литейных цехов и заводов. Таким образом с 1985 г. по настоящее время количество литейных цехов и заводов сократилось с 2500 до 1200, т.е. на 52%, средняя загрузка существующих литейных предприятий составляет 42%.

К 2020 г. можно предвидеть рост выпуска литья за счет развития нефтегазовой промышленности, железнодорожной, оборонной, авиа-космической и др. отраслей. В основном прогнозируется рост производства отливок из стали, высокопрочного чугуна, алюминиевых, титановых и магниевых сплавов, снижение импорта литейного оборудования за счет импортозамещения.

За последние 5 лет объемы производства стальных отливок увеличились на 14,2%, отливок из цветных сплавов — на 15%, а чугунных уменьшилось на 24%. В перспективе с 2016 по 2020 гг. предполагается (по экспертной оценке) рост производства отливок до 5 млн. тонн за счет импортозамещения производства отливок из цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, титановых, специальных), автокомпонентов, стальных отливок для арматуростроения, нефтегазовой промышленности, железнодорожного транспорта, увеличения объемов производства отечественного оборудования и сопутствующих материалов для различных отраслей промышленности.

Динамика объемов производства в России отливок, оборудования и материалов приведена в таблице 2.

Таблица 2

Динамика объемов производств в России отливок, оборудования и материалов

Отечественное литейное оборудование, в основном производится на следующих предприятиях: АО «Сиблитмаш», АО «Дальэнергомаш» — «Амурлитмаш», ООО «Литмашприбор», ООО «Униреп-сервис», ООО «Тебова — Нур», ООО «Завод АКС», ООО «Толедо». Плавильное оборудование производят: ООО СКБ «Сибэлекторотерм», ООО «НПФ Комтер», ООО «Рэлтек», ЗАО «Накал-Промышленные печи», Новозыбковский завод электротехнического оборудования, Саратовский завод «Электортерм-93», ООО «Электротехнология», г. Екатеринбург и ООО «Курай» г. Уфа.

Однако они не полностью удовлетворяют потребность литейных цехов и заводов. Поэтому около 65% литейного оборудования закупается за рубежом, в таких странах как Германия, Италия, Китай, Япония, Турция, Чехия и др.

В настоящее время в России не производиться следующее оборудование:

• автоматические и механизированные высокопроизводительные линии для изготовления опочных и безопочных форм из сырых песчано-глинистых и холоднотвердеющих смесей;
• машины для изготовления форм из песчано-глинистых смесей с размером опок от 400*500 мм до 1200*1500 мм.
• машина для изготовления литейных стержней по горячей и холодной оснастке;
• оборудование для покраски литейных форм;
• смесители периодического и непрерывного действия для производства ХТС — смесей производительностью более 10 т/час.
• кокильные машины и машины литья под низким давлением;
• машины центробежного литья;
• индукционные печи средней частоты емкостью более 6 тонн для выплавки чугуна и стали:
• оборудование для регенерации ХТС-смесей;
• Оборудование для термической обработки отливок.

Поэтому в намеченный период необходимо будет покупать литейное оборудование и сопутствующие технологии.

Необходимо отметить, что отдельные виды оборудования, которое производиться в России, уступают зарубежному по качеству, а в ряде случаев и по стоимости.

Поставление №9 от 14.01.2017 запрещает закупку оборудования, которое не производится в России. Однако одним запрещение не решить вопросы производства высококачественного оборудования. Необходимо определить перечень основных заводов — производителей литейного оборудования и оказать им финансовую помощь для модернизации производства.

В 2016 г. импорт оборудования и запасных частей из всех стран мира составил около 500 млн. долларов США. По сравнению с 2015 г. импорт оборудования сократился на 9%.

По экспертной оценке на существующих заводов сегодня недостаточно мощностей для производства требуемого литейной отраслью оборудования. Необходимо строительство новых производств, оснащенных современным технологическим оборудование или переквалифицировать заводы других отраслей, в частности заводы станкостроительной отрасли.

Литые детали из черных и цветных сплавов широко используются в различных отраслях промышленности. Каждая отрасль предъявляет соответствующие характерные ей требования к отливкам по номенклатуре, механическим и эксплуатационным свойствам, типу сплава, массе отливок, и соответственно, по виду технологических процессов и оборудования.

Производство отливок по отраслям промышленности представлено на рис. 3.

Производство отливок из черных и цветных сплавов представлено на рис. 4.

Распределение объемов производства отливок по технологическим процессам производства на рис. 5.

Рис. 3.

Рис. 4. Производство отливок из черных и цветных сплавов по отраслям, %

Рис. 5.

За последние 5 лет реконструировались полностью или частично более 160 литейных производств. Широко осваиваются перспективные технологические процессы: плавка литейных сплавов в индукционных и дуговых электропечах, увлечение доли производства отливок из высокопрочного чугуна, магниевых и алюминиевых и титановых сплавов, изготовление форм и стержней их холоднотвердеющих смесей, моделирование литейных процессов с применением числовых, в том числе 3D-технологий.

В последние годы увеличились объемы производств отливок из алюминиевых и магниевых сплавов, которые в ряде случаев заменяют отливки из чугуна и стали. Применяя современные методы рафинирования, модифицирования, микролегирования и дегазации можно получить высокие прочностные характеристики сплавов до 450 500 МПа.

Объемы производств литых заготовок из цветных сплавов (по экспериментальной оценке) приведены в табл. 3

Для выплавки черных сплавов перспективными технологиями являются плавка в электродуговых и индукционных печах, обеспечивающих стабильно заданные химсостав и температуру для проведения внепечной обработки методами рафинирования и модифированная.

С 2010 по 2016 г.г. объемы выплавки чугуна в индукционных печах и дуплекс-процессом увеличился на 30%. При этом надо учитывать, что рост объемов производства электроплавки чугуна осуществляется не только заменой вагранок на индукционные печи, но и закрытие литейных цехов с ваграночной плавкой чугуна.

Переход на электроплавку чугуна позволил увеличить производство отливок из высокопрочного чугуна 12, 5%.

Соответственно изменился и средний состав шихтовых материалов при выплавке чугуна в различных плавильных агрегатах. В шихте увеличилось количество стального и чугунного лома на 15% и уменьшилось количество чушковых литейных и предельных чугунов на 28%.

Важную роль в получении качественных отливок играют методы получения литейных форм и стержней. Перспективными являются динамические методы уплотнения литейных форм из холоднотвердеющих смесей. В настоящее время изготовление форм из ПГС составляет 60 % , из ХТС — 40%. За последние 5 лет производство изготовления форм их ХТС увеличилось на 11%.

Таким образом, наиболее перспективными направлениями развития литейного производства являются:

Плавка черных сплавов в индукционных печах средней частоты и дуговых печах перемененного и постоянного тока;

• Создание и производство современного оборудования для изготовления литейных форм и стержней:
• Развитие производства отливок из высокопрочного чугуна и отливок из алюминиевых, магниевых, титановых, и специальных сплавов;
• Строительство новых и реконструкция старых литейных производство для производства литейного оборудования, укрупнение литейных производств и слияние в корпорации.

Модернизация литейного производства тесно связанна с подготовкой кадров. Без подготовки специалистов новой формации невозможно создание и освоение новых технологий, направленных на повышение качества продукции и повышение производительности труда.

Опыт последних лет показывает, что подготовку кадров (инженеров, техников, рабочих), необходимо начинать со школьной семьи Уровень подготовки в школах существенно ниже уровня требований, которые предъявляются к выпускникам школ при поступления в высшие учебные заведения.

Интерес со стороны молодежи к обучению в ВУЗе на литейную специальность заметно снизился, резко снижается престижность технического труда. Необходимо вернуть к методике подготовки в ВУЗах инженеров, распределению специалистов по предприятиям страны с предоставлением социальных льгот.

Вся научная деятельность сосредоточена на литейных кафедрах ВУЗов, которые не обеспечены современной исследовательской техникой, методическими пособиями.

В последние годы количество литейных кафедр резко уменьшилось, идет процесс объединения литейных кафедр с кафедрами сварки, металловедения, материаловедения. Связь науки с производством нарушена, нет тесной связи ВУЗов с предприятиями по вопросам подготовки и использования бакалавров. В результате лишь 30% выпускников литейных кафедр работает по специальности, а литейные предприятия не имеют специалистов высокой квалификации.

В настоящее время в литейном производстве работает около 350 тыс. человек, в том числе рабочих — 92%, экономистов и менеджеров — 3 %, инженеров — 4,8%, научных работников — 0,2% (рис. 6.)

Рис. 6.

В этом плане нельзя исключать и подготовку преподавательского состава. Сегодня зачастую подготовка специалистов отстает от развития производства.

Модернизация и реконструкция литейных предприятий медленно продолжается на базе новых экологических чистых технологических процессов и материалов., прогрессивного оборудования, обеспечивающих получение высококачественных отливок, отвечающим мировым стандартам.

Однако отдельные примеры частичной модернизации литейного производства не ответствуют мировым стандартам, темпам улучшения качества литых заготовок и повышения производительности труда. Сегодня необходимо строить гибкие производства, обеспечивающие непрерывность работы технологической цепи оборудования и возможность ее переналадки при производстве широкой номенклатуры отливок.

Необходимо разработать стратегию и тактику развития литейного производства России на ближайшие 10-15 лет. Учитывая межотраслевой характер литейного производства должны разрабатывать высококвалифицированные специалисты с богатым практическим опытом при активной поддержке Правительства РФ.

Каждая отрасль машиностроительного комплекса имеет свои особенности по применению литых заготовок из черных и цветных сплавов, механических и эксплуатационных свойств отливок, применению литых заготовок из черных и черных и цветных сплавов, механических и эксплуатационных свойств отливок, применению технологически процессов и оборудования для производства отливок, развеса и номенклатуры литых деталей, типа производства (мелкосерийное, серийное, массовое) и пр.

Поэтому на первом этапе необходимо создать рабочие группы и провести анализ существующего производства литых заготовок по отраслям и определить перспективы их развития до 2020 и 2030 годов.

На основе этих данных можно будет определить приоритетные отрасли, объемы производства отливок из черных и цветных сплавов, потребность в оборудовании и материалах.

Параллельно необходимо разрабатывать стратегию развития литейного машиностроения и подготовки кадров. Необходимо определить производственные и технологические возможности производства литейного оборудования на существующих заводах, определить перечь оборудования, которое подлежит импортозамещению, и которое необходимо закупать за рубежом в указанные сроки стратегии.

Поэтому разработка стратегии развития литейного производства России является комплексной, межотраслевой и сложной задачей, которая требует определенное время и финансирование. При отсутствии четких данных о потребностях отливок: «сколько», «каких» и «кому» стратегию развития литейного производства не может быть разработана и успешно выполнена.

Для реализации перспектив развития литейного производства в рамках стратегии необходимо:

1. Создать Федеральный научный центр по литейному производству для координации научной деятельности, осуществление связи академической науки с Министерствами, ВУЗами и заводами.
2. Создать в структуре Минпромторга РФ департамент Литейного производства и оснастить специалистами с вложением обязанностей координации технической и технологической деятельности литейных предприятий различных отраслей промышленности, разработки новых технологических процессов, оборудования и материалов, повышение квалификации инженерного, среднего звена и рабочих.
3. Создать при литейных кафедрах ВУЗов страны начно-производственные центры и оснастить их современым технологическим оборудованием, приборами и специалистами.
4. Строительство новых или модернизация старых машиностроительных заводов, в том числе станкостроительных для изготовления литейного оборудования. обеспечить их необходимым финансированием.
5. Возобновить Государственную годовую отчетность литейных предприятий по производству и закупке продукции (оборудования, материалов, отливок, (по сплавам).
6. Рекомендовать Министерству образования и науки присвоит статус остродефицитных специальностей по профилю «Литейное производство» и возобновить инженерную подготовку в вузах.
7. Обратить внимание на деятельность общественных организаций и дать им соответствующие полномочия и финансовую поддержку, учитывая опыт работы ассоциаций литейщиков стран BRICS с Правительством.
8. Учредить профессиональный праздник «День литейщика» в первое воскресенье июня месяца.

Надеемся, что совместными усилиями ученых, научных работников, руководителей предприятий, специалистов — литейщиков, общественных организаций при активной поддержке Правительства РФ удастся существенно повысить конкурентоспособность литейного производства России на мировом уровне.

И. А. Дибров, профессор, д. т. н., президент Российской ассоциации литейщиков, заслуженный металлург РФ, главный редактор журнала «Литейщик России»

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?