Файл: Сосненко, М. Н. Развитие литейного производства.pdf

М. H. СОСНЕНКО

РАЗВИТИЕ ЛИТЕЙНОГО

ПРОИЗВОДСТВА

МОСКОВСКИЙ РАБОЧИЙ

1 974

6П4.1

С 66

Гое. публичней иаучйо-Г:>.»--; ,ш?.я :

ö;f -л. чі ЧЮї.ДьНс. ■■■ ЗАЛА '

44-2. 45ЄУ-

Сосненко М. Н.

С 66 Развитие литейного производства. М., «Московский рабочий», 1974.

192 с.

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология ли­ тейного производства» Московского авиационного технологическо­ го института знакомит читателей с последними достижениями науци, техники и технологии литейного производства, достигнутыми •"'в нашей стране за годы Советской власти. Автор рассказывает о путях развития этого, старинного ремесла-искусства, о новых ли­ тейных сплавах и методах литья, создании новой скоростной тех­ нологии, работе современных высокомеханизированных и автома-

•тизированных литейных цехов и заводов-центролитов, а также о мастерах огненных дел — литейщиках различных поколений.

Книга рассчитана на мастеров, техников, инженеров и других работников литейного производства.

© Издательство «Московский рабочий», 1974 г.

ИЗ ГЛУБИНЫ веков

ДО НАШИХ ДНЕЙ__________________________

итейное производство — один из самых древних Лвидов обработки металлов. Археологические ис­

следования показывают, что уже за несколько тысяч лет до нашей эры в древнейших центрах человеческой культуры (Греция, Этрурия) литейное ремесло и ис­ кусство достигли высокого уровня. Об этом свиде­ тельствуют найденные при раскопках литые античные вазы, памятники и другие изделия. Однако история не сберегла ни имени автора этого гениального изобре­ тения, ни названия страны, которая дала первых ме­ таллургов и литейщиков, ни сведений о том, как по­ явилось на свет это огненное мастерство.

Живший в I веке до нашей эры римский поэт Лук­ реций в поэме «О природе вещей» представлял про­ исхождение литейного производства следующим обра­ зом:

...С шумом зловещим леса пожирало горячее пламя До основанья корней, — только недра земли распалялись, И, в углубленья ее собираясь, по жилам кипящим Золото, медь, серебро потекли раскаленным потоком

Вместе с ручьями свинца. А когда на земле появились Слитки застывшие их, отливавшие ярко, то люди Начали их поднимать, плененные глянцем блестящим;

Изамечали потом, что из них соответствует каждый

Вточности впадине той, которая их заключала.

Это внушило ту мысль, что, расплавив металлы, возможно

В форму любую отлить и любую придать им фигуру...

Первым литейным материалом явилась бронза, из­ готовление которой путем сплавлення полученных ра-

6

нее меди и олова было известно в Египте, Ассирии и Вавилонии за 3000 лет до нашей эры.

Многочисленные археологические раскопки курга­ нов в различных районах Советского Союза свидетель­ ствуют о том, что литье в Древней Руси использова­ лось достаточно широко. В последнее время вокруг Исетского озера, в окрестностях Свердловска, найде­ но много древних стоянок, копей, «писанцев» на ска­ лах. Оказывается, что уже тогда, в последнюю эпоху каменного века (приблизительно 4000 лет до нашей эры), предки уральцев умели выплавлять металл. Ар­ хеологи установили, что на высоком берегу озера был металлургический «завод». Здесь отливались топоры, наконечники стрел, украшения и многое другое. Сей­ час на этом месте установлен своеобразный памятник древним металлургам. На один из трех сохранившихся здесь огромных валунов ледникового периода постав­ лена чугунная плита. Считают, что много предметов древности находится и на дне Исетского озера.

Первоначально отливка производилась в каменные формы. Позднее получило распространение литье по выплавляемым моделям. Этим способом в совершен­ стве владели наши далекие предки — скифы, некогда

населявшие среднее Приднепровье, берега Черного и Азовского морей, Алтай и другие местности. Из меди они отливали стрелы, наконечники копий, ажурную утварь домашнего обихода, светские украшения и дру­ гие изделия. Их высокое качество свидетельствует о большом мастерстве древних литейщиков.

Наивысшего расцвета литейное производство в Древней Руси достигло в конце XII и начале XIII ве­ ка. Конфигурация литых изделий усложнялась, в свя­ зи с чем появились двусторонние формы из твердых по­ род камня, снабжаемые разветвленными литниковыми системами, а затем формовка в глине. Плавка метал­ ла велась в тиглях, а для контроля приготовляемого расплава применяли пробы на жидкотекучесть. Осо­ бое место в XIV—XV веках занимает литье бронзовых колоколов и пушек.

Этот период характеризуется освоением нового ли­ тейного материала — чугуна и созданием доменного производства. Чугун получает все большее признание: в 1445 г. появляются чугунные водопроводные трубы,

г

в 1469 г. — гири для городских весов, а в конце XV века — чугунные литые печи, украшенные барельефа­ ми. В XVI веке появляется чугун вторичной плавки. Техника формовки в это время основывается на приме­ нении сырого песка и смешанной с шерстью глины. Для сообщения песку пластичности и прочности ма­ стера-литейщики применяли различные добавки, увлажняли песок растворами солей, вином и уксусом. К этому времени относится первое упоминание о фор­ мовке в ящиках —: опоках. С начала XVII века в Туле, Кашире и особенно на Урале начинает интенсивно раз­ виваться доменное производство. К концу XVIII сто­ летия Россия вышла на первое место в мире по произ­ водству чугуна, что способствовало бурному росту литейных цехов, производящих различные фасонные отливки из серого чугуна.

XVIII век характерен резким расширением номен­ клатуры получаемых отливок. Возникает машино­ строение, основанное на использовании металличес­ ких деталей. В 1726 г. отливается первый паровой ци­ линдр; в 1767 г. делается попытка применить литые чугунные рельсы; в 1778 г. строится первый чугунный мост, появляется чугунная посуда. В 1774 г. в России была построена первая печь-вагранка для плавки чу­ гуна в литейном цехе. К концу XVIII столетия склады­ ваются приемы ручной опочной формовки, дошедшие до наших дней, а литейные цехи включаются в состав машиностроительных заводов.

Несмотря на отмеченные успехи, степень развития науки и техники литейного производства того времени продолжала оставаться на очень низком уровне. В ли­ тейных цехах ведущая роль принадлежала отдельным мастерам-умельцам, за плечами которых лежал мно­ голетний производственный опыт. Основная же масса рабочих была на положении подручных, уделом кото­ рых был лишь изнуряющий малопроизводительный ручной труд, длившийся 10—12час. в сутки. К числу наиболее трудоемких работ того периода развития ли­ тейного производства относится формовка в земле. Вы­ капывание в плацу цеха ям, устройство постели, набив­ ка смеси, извлечение отливок из земляной формы и другие операции этого метода формовки требовали от рабочих большого физического напряжения, постоян-

8

иой работы на коленях в полусогнутом положении в тяжелых санитарно-гигиенических условиях.

XIX век принес дальнейшее расширение масшта­ бов литейного производства. Осваивались новые ли­ тейные материалы — сталь (вторая половина XIX ве­ ка) и ковкий чугун (конец XIX века). Появились и бы­ ли освоены специальные методы получения отливок — кокильный, центробежный и литье под давлением. В связи с необходимостью литья крупных отливок мас­ сой Юти более совершенствуется техника заливки форм путем создания ковшей с шестеренчатым приво­ дом (изобрел в 1838 г. англичанин Несмит) и стопор­ ного (изобрел в 1854 г. француз Бернар). Этот ковш в 1876 г. усовершенствовал и придал ему конструктив­ ные формы, сохранившиеся до настоящего времени, великий русский ученый-металлург Д. К. Чернов. 50-е годы XIX столетия следует считать началом механиза­ ции литейного производства, так как в этот период бы­ ли предприняты первые попытки создания формовоч­ ных машин и бегунов для приготовления смесей.

XX век характерен бурным развитием литейного производства. Разработка и внедрение в производство алюминиевых, магниевых, титановых и других спла­ вов, многочисленных специальных способов литья, огромного количества самых разнообразных и совер­ шенных видов литейного оборудования позволили рез­ ко повысить выпуск и качество отливок, сделать ли­ тейное производство самостоятельной отраслью про­ мышленности.

В научном отношении литейное производство из­ давна считалось «темным» делом. И это не случайно. Дело в том, что большинство процессов, связанных с получением отливок, лишено непосредственной на­ глядности и основано на физико-химических законах, зависящих одновременно от ряда переменных факто­ ров. Стремясь открыть эти законы, познать сущность явлений, оказывающих влияние на качество получае­ мых отливок, ученые с давних пор пытались проник­ нуть в тайны процессов литья.

Первые робкие попытки в этом направлении были предприняты в 1540 г., когда итальянец Гирингуччио в сочинениях по металлургии изложил очень краткие основы технологии получения отливок. Однако плано­

9

мерное изучение литейных процессов начинается толь ко в XIX веке.

В технической литературе начала XIX века описа­ ние литейной техники входит как раздел в курсы тех­ нологии металлов. Только в 1859 г. в Харькове выхо­ дит первая русская отдельная книга по литейному производству, написанная горным инженером А. Ф. Мевиусом под названием «Чугунолитейное производст­ во или систематическое изложение всех способов и приемов, употребляемых для получения литейного чу­ гуна, приготовления моделей, производства формовки, отливки и окончательной отделки разных изделий».

В технической литературе того времени сложилась система описания технологических операций изготов­ ления отливок, но научный анализ литейных процессов отсутствовал до второй половины XIX века. Основопо­ ложниками теории литейных процессов являются классики русской металлургии: П. П. Аносов, Н. В. Ка­ лакуцкий, А. Ф. Мевиус, Д. К. Чернов и А. С. Лавров.

П. П. Аносов (1799—1851) по праву считается ро­ доначальником учения о стали, так как он разрабо­ тал технологию отливки слитков и получения качест­ венных отливок из тигельной стали.

Н. В. Калакуцкий (1831—1889) создал теорию внутренних напряжений и ликвации в стали. Совмест­ но с А. С. Лавровым он впервые дает анализ процес­ са затвердения металла в форме.

Д. К- Чернов (1839—1921) является основополож­ ником научного металловедения и современных мето­ дов термической обработки. Он также разработал конкретные предложения по улучшению качества и свойств литого металла. В конце XIX века им соз­ дан оригинальный курс сталелитейного дела, в кото­ ром много внимания уделено литейным процессам. В 1904 г. вышла книга А. С. Лаврова «Работы и за­ метки по литейному делу», которую можно считать первой специальной монографией по литейным про­ цессам.

На рубеже XIX и XX веков создается ряд учебни­ ков литейного производства для высших технических учебных заведений (курс лекций А. П. Гавриленко в 1897 г. и др.), которые, по сути дела, только обобщали опыт работы литейных цехов.

10

Большое значение для развития отечественного чу­ гунолитейного производства имели труды русских и советских ученых начала XX века: В. С. Кнаббе, К. Ф. Неймайера, А. П. Гавриленко, М. Г. Евангулова и других. Однако, несмотря на большие успехи, свиде­ тельствующие о ведущей роли русской науки в метал­ лургии, литейное производство в царской России оста­ валось технически отсталым и полукустарным.

Подлинный расцвет и развитие науки о процессе получения отливок начинается при Советской власти в связи с индустриализацией страны. В 30-х годах организуется ряд кафедр литейного производства: в Московском высшем техническом училище имени Н. Э. Баумана (заведующий кафедрой H. Н. Рубцов), в Ленинградском политехническом институте (руково­ дители Ю. А. Нехедзи и Н. Г. Гиршович), Московском институте цветных металлов и золота (руководители А. А. Бочвар и А. Г. Спасский), Свердловском поли­ техническом институте (руководители А. А. Горшков и А. А. Рыжиков), Московском вечернем машино­ строительном институте (заведующий кафедрой Б.А.Аронович), Московском вечернем металлурги­ ческом институте (заведующий кафедрой П. Н. Бидуля). Эти и многие другие институты подготовили боль­ шое число высококвалифицированных специалистов и тем самым заложили основы для совершенствования отечественного литейного производства, развития со­ ветской науки о процессах литья.

Первой отечественной научной базой, занявшейся проблемами литейного производства, явилась литейная лаборатория, организованная в 1929 г. в Ленинграде под руководством П. П. Берга. В начале 30-х годов организуются литейные лаборатории ЦНИИТмаша, лаборатория по исследованию процессов кристал­ лизации стального слитка и литого металла под руко­ водством академика H. Т. Гудцова и др. Тогда же Л. И. Фанталовым были разработаны научные основы проектирования литейных цехов, В. Е. Грум-Гржимай- ло создал теорию пламенных печей, определившую дальнейшее развитие печной теплотехники у нас в стране и за границей, а Н. П. и П. Н. Аксеновы сфор­ мулировали принципы конструирования литейного оборудования.

11

В научной литературе последующих лет наиболее значительными трудами представляются: «Технология литейного производства» под редакцией Л. М. Мариенбаха; «Стальное литье» Ю. А. Нехеидзе; «Чугунное литье» Н. Г. Гиршовича; «Основы учения о формовоч­ ных материалах» П. П. Берга; «Основы литейного производства» Н. Г. Спасского; «Теоретические осно­ вы литейного производства» А. А. Рыжикова; «Спе­ циальные виды литья» Н. И. Рубцова; «Тепловые осно­ вы теории литья» А. И. Вейника и др.

В предвоенные годы и особенно после Великой Отечественной войны было создано большое число научных литейных центров: секция литейного произ­ водства при Институте машиноведения АН СССР, НИИТавтопром, ВНИИлитмаш, НИИтракторсельхозмаш; ВНИИНмаш, ВПТИтяжмаш, Институт проблем литья АН УССР (Киев), Научно-исследовательский институт специальных способов литья (Одесса) и др. К этому следует добавить большое число отраслевых, специализированных, а также научно-исследователь­ ских лабораторий и конструкторских бюро предприя­ тий, и в первую очередь на УЗТМ, ЗИЛе, МАЗе, ГАЗе, ЧТЗ, ХТЗ, ВТЗ, в которых работает огромная армия высококвалифицированных ученых и специалистов, чья творческая деятельность во многом обеспечила расцвет и бурное развитие литейного производства в нашей стране.

Один лишь перечень научных центров показывает, что для советского литейного производства характер­ но проведение исследований широким фронтом. Благо­ даря постоянной поддержке Коммунистической пар­ тии и тесному творческому содружеству наши ученые в сравнительно короткий срок добились крупных успе­ хов. К числу наиболее важных открытий следует отнести: создание теории графитизации чугуна; разра­ ботку и освоение высокопрочного чугуна с шаровид­ ным графитом; получение ваграночного низкоуглеро­ дистого чугуна, сыгравшего большую роль в отечест­ венном машиностроении; разработку промышленного способа непрерывного литья, литья вакуумным всасы­ ванием и выжиманием; разработку и широкое внедре­ ние в производство самотвердеющих формовочных и стержневых смесей, в корне меняющих условия труда.

12