Литье — это производственный процесс, в котором жидкий материал обычно заливается в форму , которая содержит полую полость желаемой формы, а затем затвердевает. Затвердевшая часть также известна как отливка, которая выталкивается или выламывается из формы для завершения процесса. Литейные материалы обычно представляют собой металлы или различные материалы с длительным сроком схватывания, которые затвердевают после смешивания двух или более компонентов; примерами являются эпоксидная смола , бетон , гипс и глина . Литье чаще всего используется для изготовления сложных форм, которые в противном случае было бы трудно или неэкономично изготовить другими методами. Тяжелое оборудование, такое как станины станков, гребные винты кораблей и т. д., можно легко отлить в требуемом размере, а не изготавливать путем соединения нескольких небольших деталей. [1] Литье — это процесс возрастом 7000 лет. Самым старым сохранившимся литьем является медная лягушка, датируемая 3200 годом до нашей эры. [2]
На протяжении всей истории литье металла использовалось для изготовления инструментов, оружия и религиозных предметов. История и развитие литья металла можно проследить до Южной Азии (Китай, Индия, Пакистан и т. д.). [3] Традиции и религии Южной Азии в значительной степени опирались на литье статуй и реликвий. [4] Эти предметы часто изготавливались из медного сплава с добавлением свинца. [5] С самого начала металлургии большинство отливок представляли собой простые одно-двухкомпонентные формы, изготовленные из камня или керамики. Однако есть свидетельства литья по выплавляемым моделям во многих древних цивилизациях. [4]
Процесс литья по выплавляемым моделям возник в древней Месопотамии . Самая ранняя известная запись о литье по выплавляемым моделям — это глиняная табличка, написанная клинописью в древнем городе Спарта, Вавилон, в которой конкретно указано, сколько воска необходимо для отливки ключа. [6] Самые ранние известные отливки в мировых археологических записях были сделаны в открытых каменных формах. [7] Существует два типа методов литья по выплавляемым моделям: прямой метод литья по выплавляемым моделям и косвенный метод литья по выплавляемым моделям. Метод прямого литья заключается в том, чтобы сделать восковой материал в той же восковой форме, что и литье вручную или другими инструментами; метод косвенного литья заключается в том, чтобы сделать восковую форму через форму. Метод прямого литья требует от мастеров высокого технического уровня, в противном случае качество литья не может быть гарантировано. Однако ограничением ручного прямого литья является то, что его эффективность слишком низка для достижения массового производства. В этом отношении косвенное литье имеет преимущества. При косвенном литье мастера обычно делают формы из камня, дерева, глины или других пластиковых материалов. [8]
Ранние цивилизации обнаружили, что свинец помогает текучести расплавленной меди, что позволяет им отливать более сложные конструкции. Например, танцовщица из Мохенджо-Даро — это отливка из медного сплава, которая, скорее всего, использует технику выплавляемого воска. [4] Литье по выплавляемым восковым моделям можно датировать 4000 годом до нашей эры или периодом халколита. [4] Одним из старейших изученных примеров этой техники является амулет возрастом 6000 лет из цивилизации долины Инда . [9]
Индия считается одной из первых цивилизаций, использовавших методы литья для массового производства монет. Примерно в середине первого тысячелетия до нашей эры (1000 г. до н. э. - 1 г. до н. э.) монеты изготавливались из серебра, но по мере развития тысячелетия монеты стали изготавливаться из литого медного сплава. [4] Была разработана новая технология для массового производства новых медных монет. Была введена многокомпонентная штабелируемая форма для шаблонов монет. Несколько форм помещались друг на друга в глиняный цилиндр, так что расплавленный металл можно было заливать в центр, заполняя и затвердевая в открытых пространствах. [4] Этот процесс позволял производить сто монет одновременно. [4]
На Ближнем Востоке и в Западной Африке техника литья по выплавляемым моделям использовалась очень рано в традициях металлургии, в то время как Китай перенял ее гораздо позже. В Западной Европе считается, что техника литья по выплавляемым моделям почти не использовалась, особенно по сравнению с цивилизацией долины Инда. [4] В столице Аньяна во времена династии Шейн (1600-1040 гг. до н.э.) не было найдено ни одного куска выплавляемого воска, в то время как было найдено большое количество (100 000 штук) фрагментов форм. Это привело к выводу, что во время этой династии в столице не применялась технология литья по выплавляемым моделям. Однако обнаружение маски, изготовленной с использованием литья по выплавляемым моделям, датируемой примерно 1300 г. до н.э., показало, что техника литья по выплавляемым моделям могла оказать влияние на другие регионы Китая. [10]
Историки спорят о происхождении пушки, но большинство свидетельств указывают на Турцию и Среднюю Азию в 18 и 19 веках. Процесс литья пушки немного сложнее с использованием глиняного сердечника, шаблона, вокруг которого формуется глина, а затем выламывается, после чего следует сборка в литейной яме, которая включает связывание отливки железными полосами. [4]
В металлообработке металл нагревается до жидкого состояния, а затем заливается в форму. Форма представляет собой полую полость, которая включает в себя желаемую форму, но форма также включает в себя литники и стояки , которые позволяют металлу заполнять форму. Затем форма и металл охлаждаются до тех пор, пока металл не затвердеет. Затвердевшая часть (отливка) затем извлекается из формы. Последующие операции удаляют излишки материала, образовавшиеся в процессе литья (например, литники и стояки).
Гипс и другие химические отверждаемые материалы, такие как бетон и пластиковая смола, могут быть отлиты с использованием одноразовых форм для отходов , как указано выше, многоразовых «штучных» форм или форм, изготовленных из небольших жестких деталей или гибкого материала, такого как латексная резина (которая, в свою очередь, поддерживается внешней формой). При литье гипса или бетона поверхность материала плоская и непрозрачная. Часто на поверхность наносятся местные обработки. Например, можно использовать покраску и травление таким образом, чтобы придать вид металла или камня. В качестве альтернативы материал изменяется в своем первоначальном процессе литья и может содержать цветной песок, чтобы придать вид камня. Отливая бетон, а не гипс, можно создавать скульптуры, фонтаны или сиденья для использования на открытом воздухе. Имитация высококачественного мрамора может быть создана с использованием определенных химически отвержденных пластиковых смол (например, эпоксидной или полиэфирной смолы , которые являются термореактивными полимерами ) с добавлением порошкообразного камня для окраски, часто с использованием нескольких цветов. Последнее является распространенным способом изготовления умывальников, столешниц умывальников и душевых кабин, при этом умелая работа с несколькими цветами приводит к имитации узоров окрашивания, которые часто встречаются в натуральном мраморе или травертине .
Необработанные отливки часто содержат неровности, вызванные швами и дефектами в формах, [10] а также отверстиями доступа для заливки материала в формы. [11] Процесс резки, шлифовки, бритья или шлифовки этих нежелательных частиц называется «зачисткой» на британском английском. [12] [13] В настоящее время были разработаны роботизированные процессы для выполнения некоторых из наиболее повторяющихся частей процесса зачистки, [14] но исторически зачистчики выполняли эту тяжелую работу вручную, [5] и часто в условиях, опасных для их здоровья. [15] Зачистка может значительно увеличить стоимость конечного продукта, и проектировщики форм стремятся минимизировать ее за счет формы формы, отливаемого материала, а иногда и путем включения декоративных элементов. [16] [10]
Моделирование процесса литья использует численные методы для расчета качества литой детали с учетом заполнения формы, затвердевания и охлаждения, а также обеспечивает количественное прогнозирование механических свойств литья, термических напряжений и деформации. Моделирование точно описывает качество литой детали заранее, до начала производства. Оснастка для литья может быть спроектирована с учетом требуемых свойств детали. Это имеет преимущества помимо сокращения выборки перед производством, поскольку точная компоновка всей литейной системы также приводит к экономии энергии , материалов и инструментов.
Программное обеспечение поддерживает пользователя в проектировании компонентов, определении практики плавки и метода литья вплоть до изготовления моделей и форм, термообработки и отделки. Это экономит затраты на всем пути производства литья.
Моделирование процесса литья изначально разрабатывалось в университетах, начиная с начала 70-х годов , в основном в Европе и США , и считается наиболее важным новшеством в технологии литья за последние 50 лет. С конца 80-х годов стали доступны коммерческие программы (такие как PoligonSoft, AutoCAST и Magma), которые позволяют литейным заводам получить новое представление о том, что происходит внутри формы или штампа во время процесса литья. [17]
{{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )CS1 maint: местоположение отсутствует издатель ( ссылка )