Литьё в металлические формы.

Литьё в металлические формы (кокиль) имеет преимущества перед литьём в песчаные формы: снижается себестоимость процесса литья и трудоёмкость механической обработки литых заготовок; повышаются механические свойства сплавов и производительность труда. Применяется данный метод в основном в

серийном и крупносерийном производстве. Недостатком данного метода является высокая трудоёмкость изготовления металлической формы.

На Рис5.3 приведена конструкция кокиля, состоящая из двух половин (1 и 4). Рабочая полость(10) имитирует внешние обводы литой заготовки, а песчаные стержни (5) внутренние полости и отверстия.

Аналогично, как и в песчаных формах, в кокиле предусматривают каналы для литниковой системы (8) , выпоры, для удаления газов. Для координации двух половин кокиля относительно друг друга устанавливают штыри (15 и 3), которые входят в направляющие отверстия второй половины кокиля. Полученная литая заготовка выталкивается из кокиля

толкателями через отверстия (9). На рабочем столе кокиль крепят приливами (7). Кокиль может выдерживать большее число заливок, в зависимости от температуры заливаемого сплава. Конструкция литой детали должна иметь относительно простую форму, позволяющую производить разъединение двух половин кокиля после отвердения металла литой заготовки.

Рис.4.3В противном случае в кокиле необходимо предусматривать место для установки дополнительных песчаных стержней, формирующих сложную поверхность.

Литьё по выплавляемым моделям.

Этот метод позволяет получать отливки по разовым моделям (выплавляемым, выжигаемым, растворимым) в многослойных, неразъёмных, огнеупорных формах. Детали, получаемые этим способом, могут не требовать последующей механическойобработки, иметь очень сложную конфигурацию и высокое качество поверхности. Метод достаточно трудоёмкий и его целесообразно применять при изготовлении деталей со сложной и трудоёмкой механической обработкой, при использовании труднообрабатываемых материалов. Суть метода заключается в следующем. Для получения модели по чертежу отливки рис.5.4а изготавливают металлическую или пластмассовую пресс форму Рис.5.4.б, как правило, разъёмную, с каналами для литниковой системы. Расплавленный в печи Рис.5.4 в легкоплавкий сплав, состоящий из 50% парафина и 50% стеарина, заливают в пресс- форму

Рис.5.4.

Затвердевшую модель Рис.4.4.д извлекают из пресс формы и собирают в блок Рис.5.4е состоящий из нескольких моделей соединённых общей литниковой системой.

Собранный блок погружают в огнеупорную суспензию, посыпают сухим песком и сушат на воздухе

Операция повторяется несколько раз пока не получат форму толщиной 5-8 мм. Рис.5.4.ж. Парафиновую модель, из полученного блока, выплавляют горячим воздухом при 120-150⁰ С, паром или горячей водой. Полученную таким образом форму прокаливают, при этом она превращается в прочную керамическую оболочку. На рис.5.4. представлена технологическая последовательность изготовления литейной формы.

Форму заливают расплавленным металлом Рис.5.4.з и после отвердевания отливки выбивают её из формы, разрушая керамическую оболочку. Для полной очистки от керамической формы отливки обрабатывают щелочным раствором и промывают в горячей воде.

Литье в оболочковые формы.

Этот способ литья является разновидностью литья в разовые песчаные формы, обеспечивает получение отливки с высоким качеством поверхности.

Оболоч­ковые формы изготовляют из смеси, которая состоит из кварце­вого песка и синтетической смолы (6—7% фенолформальдегидной) в виде порошка. Фенолформальдегидная смола при 70° С размяг­чается, а при температуре свыше .

Рис.5.5

120°С плавится, превращаясь в жидкую клейкую массу. Через несколько секунд и по мере уве­личения температуры смола становится твердой и вторичному расплавлению не поддается. При 450°С смола начинает выгорать. На свойстве смолы переходить из жидкого состояния в необрати­мое твердое состояние основаны способы получения оболочковых форм.. Формовочную смесь 3засыпают в бункер 2(рис. 5.5, а) и накрывают нагретой металлической плитой 1с укрепленными на ней металлическими моделями отливок. При повороте бункера на 180° (рис. 5.5, б)

модельная плита оказывается внизу, под формовочной смесью. Частицы смолы вблизи нагретой модели и плиты начинают плавиться и обволакивать отдельные зерна песка, связывая их между собой. Образовавшаяся оболочка 4прилипает к поверхности моделей и плиты. Толщина этой оболочки зависит от температуры модельной плиты и времени выдержки ее под засыпкой. Через 25 с толщина оболочки достигает 6—8 мм, после чего бункер возвращают в исходное положение. Плита при этом ока­зывается вверху, избыток смеси, состоящей из песка и оставшейся неоплавленной смолы, осыпается вниз бункера (рис. 5.5, в). Модельную плиту вместе с оболочкой снимают сбункера и поме­щают в электропечь (рис.5.5, г) или газовую печь для полного затвердевания оболочки 4. Через 4 мин плиту вынимают из печи и укладывают на стол специального съемочного механизма (рис. 5.5, д). С помощью толкателей, проходящих черен отверстия в плите и упирающихся в оболочку, отделяют оболочку от плиты и поднимают последнюю. С толкателей оболочка снимается и направляется на сборку. Две половины оболочки склеивают и соединяют скобой 6(рис. 5.5, е). Полученную оболочковую форму заливают сплавом в вертикальном или горизонтальном положении через литниковую систему 7. Оболочковая форма из песчано-смолянойсмеси после заливки металлом легко разру­шается, освобождая отливку.

Для крупных отливок из-за опасности прорыва металла во время заливки оболочковые формы помещают в опоку 9 и засыпают чугунной дробью 8. В промышленности внедрены мпогопозиционные карусельные автоматы для изготовления оболочковых форм.

Этим способом литья изго­товляли литые скульптуры много столетий назад. В машинострое­нии его начали применять в 40-х годах нашего столетия.

5.1.5 Литьё под давлением

Этот способ литья применяют в массо­вом производстве (так как стойкость пресс-форм высока) тонко­стенных отливок из сплавов цветных металлов. При данном спо­собе литья достигаются большая точность размеров отливок и высокое качество поверхности, не требуется механической обра­ботки. Этот способ литья очень производителен (200—400 циклов в час). При литье под давлением формы выполняют стальными; они имеют более сложную конструкцию и большую точность, чем кокиль, поэтому и стоимость их выше. Применяют только неразъемные металлические стержни. Использование песчаных стержней исключено, так как струя металла может их разрушить. Струя металла подается под большим давлением и скоростью. При этом газы из полости формы не успевают удалиться, что приводит к образованию в толстостенных отливках газовой пористости. Принцип заполнения пресс-формы, при литье под давлением на машинах с гори­зонтальной камерой сжатия, приведен на схеме рис. 5.6. Металл зали­вается в заливочное окно 3 (пози­ция 1) камеры сжатия (рис. 5.6)ковшом 4. Поршнем 5 сплав под давле­нием заполняет пресс-форму. После затвердевания сплава в пресс-форме извлекают ме­таллический стержень 2, формирующий полость в отливке.Открывают пресс-форму и выталкивателем 6уда­ляют отливку.

Пресс-форма — сложное приспо­собление, состоящее из 30—100 де­талей, в зависимости от конструктивных особенностей отливки. Рабочая часть пресс-формы выполнена из вкладышей. Металлические стержни для образования отверстий в отливке устанавливаются и извлекаются автоматически с помощью при­способления.

Сплав заливается в камеру прессования. При прессовании струя металла, проходя через литниковые каналы, заполняет полость пресс-формы. При раскрытии пресс-формы отливка вытал­кивается толкателем. Машины для литья под давлением являются сложными тех­ническими устройствами. Машина 9(рис. 5.7) состоит из корпуса, направляющих, гидравлических цилиндров, которые приводят в движение половины пресс-формы 8и металлические стержни, а также создают давление (30—100 МН/м²) для прессо­вания металла.В гидравлические цилиндры поступает жид­кость под давлением от насоса 10 через аккумулятор 11..

Рабочий зачерпывает ложкой жидкий сплав из раздаточной печи 7 и зали­вает его в камеру сжатия, или применяют автоматическую дозировку металла при заливке.

Рис.5.6

Рис.5.7.

Затвердевшая отливка автомати­чески выталкивается после открытия пресс-формы. Применяют промежуточный способ между литьем в кокиль и литьем под дав­лением — литье под низким давлением.

5.1.6. Литье под низким давлением (0,01—0,08 МН/м²).

Схема литья под низким давлением приведена на (Рис 5.8). Сплав, находящийся в герметически закрытом тигле 7, расплавляется электронагревателями 5, и под давлением инертного газа на зеркало металла 4, поступает в полость формы 3 по стальному металлопроводу 6. После затвердевания отливки снимают давление газа в тигле, раскрывают форму 3и уда­ляют из нее отливку 2. Этим способом можно заливать тонко­стенные крупногабаритные отливки из легких сплавов с применением песча­ных стержней 1. Песчаный стержень имитирует внутреннюю полость отливки и центрируется Рис. 5.8 на оси разъёмной формы.

Центробежное литьё.

При этом способе отливки получают свободной заливкой во вращающиеся формы. Отливки формируются под действием центробежных сил. Центробежные силы отбрасывают заливаемый металл к стенкам формы, где он затвердевает, образуя пустотелую отливку. Центробежным литьём в промышленности получают чугунные и стальные трубы, кольца и т.п.

При этом способе литья исключается применение стержней для образования полостей цилиндрических отливок. Отливки отличаются большой плотностью и высокими механическими свойствами. Центробежным литьём можно получать тонкостенные отливки из сплавов с низкой жидкотекучестью.

К недостаткам центробежного литья относится трудность получения качественных отливок из ликвирующих сплавов и невозможность выполнения отверстий в отливках точных размеров. Размеры отверстий отливок, изготовленных по схеме Рис. 5.9 зависят от количества залитого в форму металла. Формы приводят во вращение специальными машинами, называемыми центробежными. Машины центробежного литья бывают с горизонтальной и вертикальной осями.

Рис.5. 9

На машинах с горизонтальной осью вращения отливки получают со стенками равномерной толщины по длине и в поперечном сечении. На них отливают короткие и длинные трубообразные отливки. Металл из ковша 4 заливают в форму 2. На Рис. 5. 9 (а) изображена схема машины с горизонтальной осью вращения для изготовления коротких труб.

Попадая на внутреннюю стенку вращающейся формы 2, жидкий металл образует вокруг неё полую цилиндрическую отливку 5, которую после затвердевания извлекают из формы.

На Рис. 5. 9 (б) схематически представлена конструкция распространённой труболитейной машины. Отличительной особенностью этой машины является устройство подвижного жёлоба 3, который в процессе заливки металла перемещается с помощью электродвигателя в направлении, показанным стрелкой. При этом металл, стекая с конца жёлоба, навивается на внутреннюю поверхность вращающейся от электродвигателя 1 формы 2, что обеспечивает получение равностенной отливки 5. Форма имеет уклон равный 5⁰, что обеспечивает течение металла. Форма беговыми дорожками опирается на приводные ролики 7 и имеет осевой упор в верхней части машины, прикреплённый к кожуху 6. Для образования внутренней поверхности раструба трубы используют песчаный стержень 8. После затвердевания отливку извлекают из формы.

На Рис. 5. 9 (в) приведена схема центробежной машины с горизонтальной осью вращения для литья фасонных деталей. Форма 2 состоит из двух половин, жёлоба 3 и шпинделя 9. Жидкий металл из ковша 4 выливается в жёлоб, из него сливается во вращающуюся форму и заполняет её. Металл отбрасывается к стенкам. После затвердевания металла форму раскрывают и извлекают отливку.

В машинах с вертикальной осью вращения Рис.5. 9 (г) металл из ковша 4 заливают в форму 2, укреплённую на шпинделе 9, который вращается от электродвигателя. Металл центобежной силой прижимается к боковой цилиндрической стенке, образуя возле неё жидкий кольцевой слой. Форма вращается до полного затвердевания металла, после чего её останавливают и извлекают отливку. При вертикальной оси вращения формы отливки имеют параболическую внутреннюю поверхность. Толщина верхней части отливки меньше, чем нижней части, так как при вращении формы часть металла стекает вниз. Этим методом литья получают отливки небольшой высоты.

На Рис. 5. 9 (д) показаны формы 2 для производства фасонных отливок на машинах с вертикальной осью вращения от шпинделя. Металл заливается через центральный литник 10, откуда с большой скоростью, через радиальные каналы, попадает в рабочую полость, где затвердевает, образуя отливку 5.