Литье в кокиль (литье в металлические формы)

Литье в кокиль — это процесс изготовления отливок свободной (под действием силы тяжести) заливкой расплава в металлические формы многократного использования — кокили.

По сравнению с кварцевым песком (основа материала разовых форм) металл обладает значительно большей жесткостью и прочностью, большими коэффициентами теплопередачи и теплоемкости, практически нулевой газопроницаемостью.

Повышение прочности материала формы позволяет получать отливки сложной формы за счет использования нескольких плоскостей разъема. Однако внутренняя полость формы (ручей) формируется на станочном оборудовании, а следовательно, стоимость кокиля будет значительно выше стоимости разовых форм. Поэтому кокильное литье целесообразно применять при больших объемах выпуска (средне- и крупносерийное производство). Повышение жесткости материала формы приводит к уменьшению податливости ее стенок, что способствует возникновению в отливках внутренних напряжений.

Большая теплоемкость металла приводит к тому, что кокиль будет быстро нагреваться и перегреваться за счет теплоты остывающей отливки.

Большой коэффициент теплопередачи приведет к интенсивному отводу тепла от отливки к металлической форме, быстрому остыванию расплава (уменьшается его жидкотекучесть — необходимы сплавы с высокой жидкотекучестью, и в отливках необходимо предусматривать достаточно толстые стенки) и возможностью отбела поверхности чугунных отливок. В результате быстрого затвердевания структура металла становится мелкозернистой и плотной, а, следовательно, отливки получаются с повышенными механическими свойствами.

Нулевая газопроницаемость стенок кокиля может привести к газовой пористости отливки. Поэтому газы удаляются через выпор и газовые каналы, выполняемые по линии разъема кокиля. Газовые каналы обычно делают глубиной 0,2—0,5 мм, что исключает вытекание через них жидкого металла.

Вышеуказанные проблемы металлических форм решаются следующим образом.

На внутреннюю поверхность кокиля в зависимости от вида литейного сплава и сложности отливки наносят: лаковые разделительные покрытия (например, копоть); облицовки (оксид цинка + графит + молотый мел + жидкое стекло — для алюминиевых сплавов; маршалит + жидкое стекло — для чугунного литья); полную или частичную футеровку (рис. 3.13). При изготовлении толстостенных отливок толщина футеровки может доходить до 10 мм.

Неразборный вытряхной кокиль

Рис. 3.13. Неразборный вытряхной кокиль:

1 — футеровка; 2,6 — стержни; 3 — корпус; 4 — цапфа; 5—облицовка; 7— полость формы

Как только закончится кристаллизация отливки (металл наберет -40% прочности), кокиль раскрывают, убирают отливку из кокиля, и она остывает на воздухе. Этим достигается две цели: уменьшается общий нагрев кокиля и внутренние напряжения, возникающие при остывании отливки.

Несложные отливки с небольшими выступами отливают в неразборных (см. рис. 3.13), или сборных с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 3.14, а) вытряхных кокилях. Отливки сложной формы изготавливают в кокилях с несколькими плоскостями разъема. На рисунке 3.14, 6 показан разборный кокиль с разъемным стержнем.

Примеры сборных кокилей

Рис. 3.14. Примеры сборных кокилей:

a — с горизонтальной плоскостью разъема вытряхной; б — с вертикальной плоскостью разъема и разъемным стержнем; 1,2— нижняя и верхняя части кокиля; 3,5, 10 — боковые и центральная части вертикального стержня; 4 — центрирующая штанга; 6, 12 — левая и правая полуформы; 7, 14 — толкатели; 8, 13 — горизонтальные стержни; 9 — базовая плита; 11 —донышко; В-Н; Л-П — плоскости разъема кокиля; римскими цифрами и стрелками указана последовательность

разборки кокиля

Кокиль выполнен с вертикальной и горизонтальной плоскостями разъема. Кокиль состоит из четырех частей: левой 12 и правой 6 вертикальных полуформ, соединенных шарниром; донышка 11 и базовой плиты 9. Отверстия под поршневой палец формируются за счет использования металлических стержней 12 и 8. Внутренняя полость поршня формируется разъемным стержнем, состоящим из трех частей: центрального стержня 10 и боковых стержней 3 и 5. Правильная сборка и устойчивость разъемного стержня обеспечивается центрирующей штангой 4. После затвердевания расплава удаляется центрирующая штанга (движение I), вынимается центральный стержень (II), толкатели 7 и 14 перемещают боковые стержни к центру кокиля, вынимаются боковые стержни (III), раскрываются полуформы (IV) и удаляется отливка.

Достоинства литья в кокиль:

  • ? повышаются технико-экономические показатели производства отливок благодаря сокращению числа технологических операций и продолжительности технологического цикла, упрощению задачи комплексной механизации и автоматизации производства, сокращению основных и вспомогательных материалов, уменьшению потерь от брака, увеличению объема годной продукции с единицы производственной площади и уменьшению капитальных затрат;
  • ? повышается качество отливок вследствие увеличения их плотности, прочности, пластичности (в ряде случаев) и износостойкости;
  • ? повышаются точность и качество поверхности;
  • ? уменьшаются припуски на механическую обработку;
  • ? улучшаются условия труда, снижается отрицательное влияние на окружающую среду благодаря резкому сокращению потребления формовочных и вспомогательных материалов.

Недостатки литья в кокиль:

  • ? сложность изготовления и ограниченная стойкость кокиля (последняя резко падает по мере повышения температуры заливаемого расплава);
  • ? необходимость применения сложных песчаных и металлических стержней при изготовлении отливок с поднутрениями;
  • ? сложность получения тонкостенных (с большим количеством ребер) отливок вследствие ускоренного охлаждения расплава при его заливке и последующем охлаждении;
  • ? склонность отливок к образованию трещин и других дефектов из-за неподатливости формы;
  • ? повышенная чувствительность к отклонениям параметров процесса и свойств применяемых материалов.

Технологические показатели отливок при литье в кокиль:

  • ? материал отливки — все литейные сплавы (кроме литейных сталей, применение которых ограничено);
  • ? масса отливки — до 2000 кг;
  • ? минимальная толщина стенки отливок из алюминиевых сплавов — 2,2—5,5 мм; из чугуна — 4—6 мм, из стали — 8—10 мм;
  • ? максимальный габаритный размер — 2000 мм;
  • ? квалитет точности IT 12 — /715;
  • ? 4—16 (с песчаными стержнями) по ГОСТ Р 53464—2009;
  • ? шероховатость поверхности — Ra 20—4 мкм;
  • ? коэффициент использования металла — до 0,8;
  • ? минимальная партия, обеспечивающая рентабельность процесса, — 300—500 шт. (в зависимости от типа литейного сплава).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >