История развития литейного производства

Металлические изделия являются основой человеческой цивилизации, и одним из главных процессов при их производстве является литье. Давайте рассмотрим, как оно развивалось.

ок. 6000–2000 гг. до н. э.  Найдены золотые изделия, отлитые в формах в земле. Позднее стали использовать разделенные формы из известняка или глины, что позволило получать более сложные отливки. Со временем необходимость производить оружие или инструменты с отверстиями, например топоры или топоры, заставила человечество использовать метод выплавки моделей. Около 2000 г. до н.э. в Египте древние мастера знали и использовали литье по выплавляемым моделям.

VII век до нашей эры.  В древнем Китае было освоено литье из чугуна — сплава с высокой температурой плавления. Из него изготавливали предметы повседневного обихода, а также статуи высотой до нескольких метров.

ок. 300 г. до н.э.  Первой формой литья тигельной стали была т. н. Сталь Вутц (Дамаскус), впервые разработанная в Индии. При ее производстве печное железо смешивали со стеклом, а затем охлаждали. Когда смесь остывала, стекло соединялось с примесями стали, а затем всплывало на поверхность, сделав сталь намного чище.

III в. до н. э. — V в. н. э.  Металлические элементы, необходимые для машин и технических устройств, впервые начали изготавливаться методом литья в Древнем Риме. Это были элементы насосов и водопроводных труб, отлитые из бронзы. После падения Римской империи навыки литья исчезли, и до XIV века литьем изготавливались только колокола, надгробия, церковные двери и мелкие украшения из драгоценных металлов.

15–16 вв.  Ванноччио Бирингуччо (1480–1539), которого называют «отцом литейной промышленности», опубликовал «De la Pirotechnia», первое печатное описание методов и техник литейного производства. Итальянец включил в свои работы подробные сведения о практике добычи полезных ископаемых, добычи и очистки многих металлов и сплавов, используемых в литье. До выхода в свет его книги сведения о металлургии и военном искусстве держались в строжайшем секрете.

1709. 1709. Англичанин Абрахам Дарби первым успешно выплавил железную руду с коксом вместо использовавшегося ранее древесного угля. Качество чугуна Дарби позволило ему производить тонкие отливки, которые могли успешно конкурировать с латунью в таких областях, как производство горшков и других полых сосудов.
1710. 1740. Бенджамин Хантсман начал использовать тигли для литья. Они были сделаны из глины. Хантсман начал разливать в них сталь на своем заводе в Хэндсворте (Шеффилд). Этот инновационный процесс литья означал, что Хантсман мог производить сталь для производителей столовых приборов, которая оказалась превосходящей импортные аналоги из Европы, которые к тому времени доминировали на рынке. Хантсман держал свой производственный процесс в секрете, но не смог его запатентовать. Другие фабриканты позже скопировали его, что привело к быстрому распространению и развитию сталелитейных заводов.

1754–1757 гг.  Джон Уилкинсон из Англии разработал инновационный паровой гидравлический продувочный двигатель для доменных печей, который позволял достигать более высоких температур, повышая их эффективность. Он также изобретает станок для токарной обработки литых цилиндров, для проточки стволов пушек.

1809 г.  А. Г. Экхардт из Сохо, Англия, разработал центробежное литье. Центробежное литье — один из немногих процессов литья, который можно использовать для производства как металлических, так и пластиковых деталей.

1849-1885.  Первый патент на литье под давлением был выдан в США Джону И. Стерджису в 1849 году на небольшую ручную машину для механизации производства печатных шрифтов (путем впрыскивания свинца). В 1885 году Оттмар Мергенталер изобрел печатную автоматическую литейную машину под названием Linotype, которая стала основой автоматического литья под давлением, каким мы его знаем сегодня. Линотип произвел революцию в технологии печати, а также в самом литейном производстве.

1867 г.  Джеймс Нэсмит разрабатывает разливочные ковши с редуктором, повышающие безопасность рабочих и производительность труда. Благодаря этому изобретению было достаточно одного человека вместо группы из примерно дюжины человек, что позволяло более легко и безопасно выливать расплавленное содержимое. Таким образом, было обеспечено лучшее качество литья благодаря постоянному, непрерывному потоку раскаленного добела металла в форму.

1869 г.  Бенджамин Чу Тилман изобрел процесс пескоструйной обработки с использованием струи воздуха для очистки литых предметов и получил патент США.

1876 ​​г.  Полковник Уильям Фришмут произвел первые удачные алюминиевые отливки на своем литейном заводе в Филадельфии.

1898 г. Л.Харгрейвс (Великобритания) изготавливает первые песчаные формы, скрепленные силикатом натрия.

1906-13 гг.  В США на предприятии Holcomb Steel Co. запущена первая электродуговая печь. в Сиракьюс, Нью-Йорк, США. Семь лет спустя технология дуговой печи применяется при литье компанией Crucible Steel Casting Co. в Лэнсдауне, штат Пенсильвания.

1918 год.  Первый полностью автоматизированный литейный завод в Рокфорде, штат Иллинойс, отливает снаряды для ручных гранат по заказу армии США.

1943-47 гг.  Литье в оболочковые формы, процесс, запатентованный в Германии Йоханнесом Кронингом в 1943 году для изготовления форм или стержней, был открыт и рекомендован американскими инженерами и учеными после войны. Он предполагает смешивание песка с термореактивной смолой. Когда этот материал вступает в контакт с нагретой металлической модельной пластиной, вокруг нее образуется тонкая и прочная оболочка.

1949 г.  Разработка ковкого чугуна со структурой полностью ковкого графита. Патент США выдан К. Д. Миллису, А. П. Ганнебину и Н. Б. Пиллингу  из Международной никелевой компании. Его получают путем сфероидизации, а затем модификации жидкого сплава с низким содержанием серы, который без добавок давал бы серый чугун. В качестве сфероидизаторов используют церий или сплавы железо-кремний-магний, а для модификации – ферросилиций. Ковкий чугун имеет хорошие прочностные и скользящие свойства, может деформироваться без повреждений, устойчив к сжатию и изгибу, устойчив к высоким давлениям. Из него производят коленчатые валы, поршневые кольца, подшипники, шестерни, детали станков, сельскохозяйственных машин, гидравлических машин, водяных турбин и других деталей.

1958 г.  Гарольд Шройер получает патент на процесс полного формования, предшественник процесса литья по выплавляемым моделям. Полноформовая технология предполагает размещение модели из пенополистирола (пенопласта), на поверхность которой нанесено огнестойкое покрытие  в опоку и заполнение отливочной модели и системы заливки сухим кварцевым песком. Это первый процесс, в котором использовался формовочный песок без связующего материала. Жидкий металл, залитый в форму, газифицирует пенопластовую модель, идеально воспроизводя ее в виде отливки. Газы, образующиеся из газифицированной модели, проходят через защитное покрытие и песок наружу формы.

1970-е годы. Японцы разрабатывают процесс формования V. Это разновидность литья в песчаные формы, но в отличие от других процессов литья в песчаные формы, в которых используется крупный песок, удерживаемый связующим веществом, в процессе V используется очень мелкий сухой песок, не содержащий связующих веществ. Песок удерживается в форме за счет вакуумной упаковки песка (V — аббревиатура от «вакуум») между листами тонкой пластиковой фольги. Вакуум заставляет песок становиться твердым, как кофе в вакуумной упаковке. Рисунок удаляется и в полость заливается металл.

1993 г.  Первое применение плазменного ковшового рафинирования (плавка и рафинирование в одном резервуаре) на предприятии Maynard Steel Casting Company в Милуоки.

1997 г.  Компания Argonne and Inland Steel Corporation разработала процесс литья с электромагнитным перемешиванием. Электромагнитное перемешивание в процессе разливки стали предполагает движение жидкого металла внутри слитка с помощью переменного электромагнитного поля. Результатом является значительное повышение качества отлитого слитка и улучшение условий передачи перегретого тепла от жидкой фазы к скин-форме при условии подбора параметров работы смесителя под размеры поперечного сечения слитка., скорость разливки и тип разливаемой стали. Электромагнитная изоляция кромок значительно снижает затраты энергии.