Литье в кокиль (сущность процесса, особенности, преимущества, недостатки)

Литье в металлические формы — один из способов полу­чения отливок повышенной точности и качества поверхности. В отличие от песчаных разовых форм, которые разрушаются после каждой отливки, одни и те же металлические формы заливают металлом от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч раз.

Полость металлической формы можно выполнить с большой точностью и малой шероховатостью поверхности, поэтому отливки, изготовленные в ней, имеют точные размеры и гладкую поверх­ность. Высокая теплопроводность материала формы значительно ускоряет затвердевание и охлаждение отливки, что во многих случаях положительно сказывается на ее механических свойствах. При литье в металлические формы по сравнению с литьем в пес­чаные формы увеличивается выпуск литья в 2—5 раз (при той же площади цеха), выход годных отливок (за счет уменьшения при­пусков на обработку резанием отливок, отходов), снижается се­бестоимость отливок и расход формовочных смесей, облегчается механизация и автоматизация производства, значительно улучша­ются условия труда.

Недостатки литья в металлические формы: высокая стоимость изготовления форм, поэтому такой способ литья нецелесообразно применять для единичного производства; возможность образова­ния отбела в чугунных отливках, для устранения которого их необходимо подвергать отжигу.

Экономическая целесообразность использования этого способа зависит от стойкости и конструкции кокилей, степени механизации и автоматизации, а также от характера производства (мас­совое, серийное, единичное).

Изготовление отливок в кокиле целесообразно, если снижа­ются затраты на изготовление готовой детали с учетом стоимости кокиля, отходов металла в стружку и обработки резанием от­ливки.

Литье в металлические формы рентабельно при условии съема с каждой формы не менее 200—400 небольших и 50—200 крупных отливок. Технологический процесс изготовления отливок в ко­килях состоит из следующих операций:

1) подготовки форм (очистки, нагрева, нанесения на рабочие поверхности облицовки и краски);

2) сборки формы (установки стержней в форму, закрытия и закрепления частей формы);

3) Заливки формы жидким металлом, затвердевания отливки;

4) извлечения отливок от формы после остывания (рас­крытие формы с помощью механизмов или вручную);

5) обрубки, очистки и, в случае надобности, термической об­работки отливок.

Кокили изготовляют из чугуна, ста-ли, алюминия и меди. Мел­кие кокили изготовляют из чугуна СЧ 32—52, средние из чугуна СЧ 15—32, крупные из стали 15. Кокили (рис. 196) бывают неразъемные, с горизонтальной, вертикальной и сложной поверхностью разъема. Неразъемные (вытряхные) кокили применяют для отливок, имеющих внешние очертания без выступающих частей, кокили с горизонтальной плоскостью разъема — для низких и неответственных отливок, кокили с вертикальной плоскостью разъема — для небольшие отливок массой до 75 кг, а также для плоских или тонкостенные отливок со стержнями. Кокили со сложной поверхностью разъ­ема используют для сложных отливок.

При конструировании металлической формы особое внимание следует обращать на ее вентиляцию, т. е. вывод из формы газов с помощью выпора и газоотводных каналов (рис. 197). Г а з о от­водными каналами называют мелкие и узкие каналы глубиной не более 0,3 мм, выполняемые на плоскости разъема формы. Иногда газоотводные каналы выполняют на стенках ра­бочих полостей для облегчения выхода воздуха и газов через места стыка отдельных частей кокиля.

Для того чтобы предохранить поверхность кокиля от воздействия жидкого металла и увеличить срок его службы, регулировать скорость охлаждения отливки и улучшить заполпяемость формы, на рабочую поверхность кокиля и металлических стержней наносят огнеупорные облицовки и краски. В состав этих покрытий входят вещества, обладающие малой теплопроводностью, что придает покрытию теплоизоля­ционные свойства. Благодаря покрытиям расплав медленнее охлаждается, а форма меньше прогревается.

Покрытия разделяют на облицовки и краски. Облицовки наносят на рабочую поверхность кокиля слоем тол­щиной 0,3—1 мм обычно 1 раз в смену, а краски практически после каждой заливки.

Основное назначение краски — предотвратить пригар обли­цовки к поверхности отливки, повысить стойкость формы, обеспе­чить заданную теплопроводность покрытия.

Литье чугуна.Перед заливкой металла в кокиль его рабочие полости покрывают облицовкой и краской. Облицовку кокиля возобновляют через каждые 100—200 заливок после очистки формы от старой облицовки. Перед началом работы форма должна быть подогрета до 200—250° С. Нельзя заливать металл в холодный кокиль, так как это приводит к быстрому растрескиванию его поверхности. Для устранения отбела чугунных отливок рабочие поверхности кокиля кроме краски перед каждой заливкой обя­зательно покрывают копотью ацетиленового пламени. Во время работы кокиль не должен нагреваться выше 400° С, так как это вызывает растрескивание его поверхности. Кокиль охлаждают обычно воздухом. При хорошем уходе кокиль выдерживает 3000— 5000 заливок чугуном.

В зависимости от массы и толщины стенок отливки темпера­тура заливки чугуна колеблется в пределах 1280—1300° С. Чу­гунные отливки массой до 10 кг и сечением до 12 мм без отбела по­лучить очень трудно. Обычно такие отливки подвергают отжигу, за исключением толстостенных несложной конфигурации, и неот­ветственных отливок.

Термическая обработка чугунных отливок необходима не только для устранения отбела, но и для снижения внутренних напряжений.

Литье алюминиевых сплавов.Температура заливки алюминие­вых сплавов находится в пределах 710—720°С, поэтому кокиль не нагревается расплавом так сильно, как при литье чугуна. Стойкость кокиля достигает 50 000 заливок. Интенсивность охлаждения и затвердевания расплава в ко­киле значительно больше, чем в песчаной форме, поэтому отливки из алюминиевых сплавов в кокилях получаются с более плотной мелкозернистой структурой. Это повышает механические свой­ства: предел прочности при растяжении на 20—25%, а удлинение в 1,5—2 раза. Алюминиевые сплавы обладают хорошей жидкотекучестью, что позволяет изготовлять в кокилях тонкостенные сложные отливки. Однако эти сплавы имеют большую усадку, поэтому для питания отливки, ее тепловых узлов необходимо ставить прибыли, иногда превышающие массу отливок, а также обеспечивать последовательное затвердевание соответствующим подводом металла к отливке.

При литье тонкостенных сложных отливок, а также отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью кокиль нагревают до 300—350^СС. При литье сплавов с хорошей жидкотекучестью, а также при литье массивных толстостенных отливок кокиль нагревают до 200—250° С.

Литье магниевых сплавов. Магниевые сплавы легко окисляются при температурах заливки, что может привести к их возгоранию. Поэтому перед заливкой сплава в кокиль рабочую полость кокиля припудривают серным цветом, что предотвращает окисление расплава и его возгорание. С этой же целью в процессе заливки струю расплава также опыляют смесью серы и борной кислоты. После заливки зеркало металла в стояке и прибылях также по­крывают серой или универсальным флюсом. Магниевые сплавы при литье в кокиль заливают при перегреве над линией ликвидуса 130—180° С. Поскольку большинство магниевых сплавов имеет повышенную объемную усадку (до 9%), на отливках устанавливают массивные прибыли. Для уменьшения отвода от них теплоты и улучшения питающего действия прибыли выполняют в стержнях или керамических вставках, устанавливаемых в кокиль.

Большинство отливок из магниевых сплавов подвергают тер­мической обработке для снижения внутренних напряжений, ста­билизации размеров отливок, повышения механических свойств.

Литье медных сплавов.Обычно температура перегрева над линией ликвидуса при литье медных сплавов в кокиль составляет 100—120° С, а в некоторых случаях (при литье тонкостенных от­ливок) до 200° С. Для питания массивных узлов отливок приме­няют прибыли и питающие бобышки.

Литье стали. В кокилях получают отливки из сталей 15Л, 20Л, 25Л, 35Л, 45Л, а иногда и из легированных сталей. Сталь обладает пониженной жидкотекучестью и большой усадкой, поэтому лит­никовая система должна создавать минимальные тепловые и гидравлические потери при заполнении формы. Для питания отливки устанавливают прибыли. Температура кокиля обычно 200—300° С, температура заливки стали зависит от ее химического состава, однако не отличается от таковой при литье в песчаную форму. Для снятия внутренних напряжений стальные отливки подвер­гают отжигу, а для улучшения механических свойств — гомоге­низации, нормализации и закалке.