Оборудование для литья в кокиль

Введение……………………………………………...……………………………2

1. Конструкция кокиля……………………..………………………………4

2. Основные требования и направления механизации…………….…….5

3. Кокильные одно - и многопозиционные машины………….…...…….5

4. Универсальные стационарные машины…………………..……………7

5. Специальные стационарные машины……………………….………..11

6. Карусельные машины……………………………………...….……….14

7. Кокильные конвейеры……………………………………….………...16

8. Заключение…………………………………………….……………….19

 Список использованной  литературы………………………………...………...22

 

 

Введение

 

Кокильное литье или, как говорят, литье в постоянные формы, по определению Госстандарта - это "литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей". В  свою очередь кокиль (от французского слова coquil) - "металлическая форма  с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая расплавленным металлом под действием гравитационных сил". Литье в кокили один из древнейших способов литья. Предполагают, что племена, располагавшиеся в Причерноморье, применяли кокили для литья наконечников стрел еще в предскифское время. Скифы, унаследовавшие культура этих племен, в VIII-VII вв. до н э. применяли кокили для отливки граненых втульчатых стрел из бронзы [3, с 5]. Для получения отверстия во втулке стрелы они использовали металлический стержень, что позволяло повысить точность изделий и их качество. Применение такой технологии, вызывалось необходимостью массового изготовления точных по размерам и массе наконечников стрел для военных целей.

Сущность метода заключается в том, что используют статическую заливку, литье вместо разовой песчано-глинистой формы в свободную металлическую форму (кокиль). Обладая большей теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью по сравнению с песчано-глинистыми формами и приблизительно в 60 раз более высокой теплопроводностью, кокили обеспечивают мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность.

Эти свойства материала  кокиля обусловливают рассмотренные  ниже особенности его взаимодействия с металлом отливки.

ОТЛИВКА  - заготовка  изделия или готовое изделие, полученное при заливке жидкого материала в литейную форму, в которой он затвердевает.

Отливки металлические  находят применение в промышленности при изготовлении деталей в станкостроении, автомобильной промышленности отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых и др. сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до 10000 раз (с простановкой металлических стержней). До 45 % всех отливок из этих сплавов получают в кокилях, также встречаются в повседневной жизни и отливки из драгоценных металлов широко использующиеся в ювелирном деле и при лечении зубов (коронки металлические, пломбы), в современной электронике. Применяю отливки металлов и при изготовлении бытовой техники (светильниках, стационарных телефонах, пылесосах, стиральных машинах).

При литье в кокиль расширяется диапазон скоростей  охлаждения сплавов и образования различных структур. Сталь имеет относительно высокую температуру плавления, стойкость кокилей при получении стальных отливок резко снижается, большинство поверхностей образуют стержни, поэтому метод кокильного литья для стали находит меньшее применение, чем для цветных сплавов. Данный метод широко применяется при серийном и крупносерийном производстве.

Литьё металлов в кокиль - более качественный способ. Изготавливается кокиль - разборная форма (чаще всего металлическая), в которую производится литьё. После застывания и охлаждения, кокиль раскрывается и из него извлекается изделие. Затем кокиль можно повторно использовать для отливки такой же детали. В отличие от других способов литья в металлические формы (литьё под давлением, центробежное литьё и др.), при литье в кокиль заполнение формы жидким сплавом и его затвердевание происходят без какого-либо внешнего воздействия на жидкий металл, а лишь под действием силы тяжести.

Высокая эффективность  теплового взаимодействия между  отливкой и формой: расплав и затвердевшая отливка охлаждаются в кокиле быстрее, чем в песчаной форме, т. е. при одинаковых гидростатическом напоре и температуре заливаемого расплава заполняемость кокиля обычно хуже, чем песчаной формы. Это осложняет получение в кокилях отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью и ограничивает минимальную толщину стенок и размеры отливок. Вместе с тем повышенная скорость охлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, что повышает прочность и пластичность металла отливок. Однако в отливках из чугуна, получаемых в кокилях, вследствие особенностей кристаллизации часто образуются карбиды, феррито - графитная эвтектика, отрицательно влияющие на свойства чугуна: снижается ударная вязкость, износостойкость, резко возрастает твердость в отбеленном поверхностном слое, что затрудняет обработку резанием таких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу) для устранения отбела.

Созданию современных  автоматических линий кокильного литья  черных сплавов предшествовали отработка технологии и разработка, изготовление и ввод в эксплуатацию ряда линий узкоспециального назначения для конкретных отливок, например для различной арматуры, фитингов, стоек плугов из высокопрочного чугуна, подшипниковых щитов и станин электродвигателей. Кокильное литье черных сплавов не получило еще широкого распространения вследствие образования на рабочей поверхности кокиля трещин разгара и последующего выкрашивания его стенок, что значительно снижает стойкость кокиля. Проблема повышения стойкости кокиля и ликвидации отбела была решена в НИИСЛе, где было предложено наносить пескодувным способом на рабочую поверхность нагретого кокиля термоизоляционную облицовку толщиной 3-8 мм из песчано-смоляной смеси. Эта облицовка дает также возможность управлять процессом кристаллизации сплава.

 

 

1. Конструкция  кокиля

 

 

Рис.1. Металлические формы (кокили)

 

По конструкции различают  кокили неразъемные вытряхные (рис. 1,а) и разъемные с горизонтальным (рис. 1,б) и вертикальным (рис. 1, в) разъемами. Разъемные кокили состоят из двух половин 6, центрирующихся направляющими штырями 10. Чтобы избежать коробления, кокиль снабжают ребрами жесткости 5 либо делают коробчатой формы. На наружной стенке кокиля для его ускоренного охлаждения иногда отливают пальцы 8. Отверстие или внутреннюю полость в отливке образует песчаный стержень 1 либо металлический 9. Металл заливают в литниковую чашу 3, и по стояку 4 и питателям 7 он заполняет полость формы 2. Если внутренняя конфигурация отливки очень сложна, то металлические стержни делают из нескольких частей или заменяют песчаными. Литниковая система размещается в плоскости разъема кокиля. Для выхода воздуха из формы во время ее заливки кроме выпоров 11 в плоскости разъема по всей высоте кокиля прорезают щели глубиной 0,3... 0,5 мм (на рисунке не показаны).

Окраска рабочей поверхности  кокиля улучшает внешний вид отливок, способствует устранению газовых раковин  и неслитин на их поверхности и  повышает стойкость кокилей. Перед  окраской кокили подогревают до 100-120 °С. Излишне высокая температура нагрева нежелательна, так как при этом снижаются скорость затвердевания отливок и длительность срока службы кокиля. Нагрев уменьшает перепад температур между отливкой и формой и расширение формы за счет прогрева ее металлом отливки [1, с 54]. В результате этого в отливке уменьшаются растягивающие напряжения, вызывающие появление трещин. Однако одного только подогрева формы недостаточно, чтобы устранить возможность возникновения трещин. Необходимо своевременное извлечение отливки из формы. Удалять отливку из кокиля следует раньше того момента, когда температура ее сравняется с температурой кокиля, а усадочные напряжения достигнут наибольшей величины. Обычно отливку извлекают в тот момент, когда она окрепнет настолько, что ее можно перемещать без разрушения (450-500 °С). К этому моменту литниковая система еще не приобретает достаточной прочности и разрушается при легких ударах. Длительность выдержки отливки в форме определяется скоростью затвердевания и зависит от температуры металла, температуры формы и скорости заливки. Алюминиевые сплавы в зависимости от состава и сложности конфигурации отливок заливают в кокили при 680-750 °С. Весовая скорость заливки составляет 0,15-3 кг/с. Отливки с тонкими стенками заливают с большими скоростями, чем с толстыми.

Для устранения прилипания металла, повышения срока службы и облегчения извлечения, металлические стержни в процессе работы смазывают. Наиболее распространенной смазкой является водно-графитовая суспензия (3 - 5 % графита). Поскольку металлические стержни неподатливы, то во избежание образования в отливке трещин их удаляют из формы до начала усадки металла.

Изготавливают кокили из серого чугуна, стали, а также из цветных сплавов литьем с последующей  механической обработкой.

 

2. Основные требования и направления механизации

 

Особенности технологии литья в кокиль, определяют основные требования, которым должно удовлетворять  соответствующее технологическое  оборудование: надежное запирание формы  в период заливки и формирования отливок; обеспечение требуемых усилий для разборки кокиля, извлечения металлических стержней и удаления отливок; поддержание заданной технологическим процессом продолжительности нахождения отливок в форме, времени извлечения металлических стержней, либо отхода одной из частей формы; поддержание заданного теплового режима кокиля. На базе процесса литья в кокиль с термоизоляционной облицовкой разработан ряд линий, состоящих из унифицированных агрегатов и позволяющих получать литье широкой номенклатуры.

Механизация кокильного литья прошла последовательно следующие этапы развития: ручные кокили, механизированные кокили с ручным управлением и приводом движения частей с помощью пневмоцилиндров, электродвигателей, гидроцилиндров; полуавтоматические кокильные машины; автоматизированные и комплексно-механизированные линии, комплекты оборудования с полной механизацией основных и вспомогательных операций технологического процесса [2, с 254].

 

3. Кокильные одно - и многопозиционные машины

 

Кокильные машины подразделяются на две группы: стационарные и нестационарные. Первая группа включает одно-, двух - и трехпозиционные, а вторая четырех - и более позиционные машины. Машины обеих групп представляют собой универсальные и специальные конструкции, причем с увеличением числа позиций машины в каждой группе наблюдается уклон в сторону специализации.

В зависимости от расположения плоскости разъема в пространстве и от характера перемещения формообразующих  элементов кокиля (собственно кокиля и металлических стержней), различают машины для получения отливок в формах с горизонтальной и вертикальной плоскостями разъема. В последнем случае число подкокильных плит может быть от 1 до 5 (включая подвижные поддоны и верхние стержни).

На практике применяют  также конструкции с переменным положением плоскости разъема. Широкие технологические возможности имеет конструкция, при которой изменение положения кокиля осуществляется в пределах одного технологического цикла в зависимости от характера выполняемой операции.

В группу стационарных машин  входят конструкции, построенные на весьма разнообразных компоновочных решениях. Однако наибольшее число машин имеют рамное исполнение (с цилиндрическими направляющими для перемещения кокильных плит) или консольное. Первые применяют в основном при производстве относительно крупных отливок из черных и цветных сплавов, а вторые - при производстве мелких отливок из легких цветных сплавов.

Для крупносерийного  и массового производства отливок  наиболее целесообразным является применение нестационарных машин. По сравнению  со стационарными они имеют следующие преимущества: во-первых, высокую производительность благодаря совмещению во времени всех операций технологического цикла получения отливки; во-вторых, минимальную занимаемую площадь, наименьшие энергетические затраты, удобство обслуживания и наиболее рациональную организацию работы; в-третьих, возможность механизации и автоматизации основных и вспомогательных операций и на этой основе возможность встраивания в автоматические линии производства отливок [2, с 136].

В практике кокильного литья нашли применение нестационарные (многопозиционные) установки двух типов: карусельные и конвейерные. Первые получили наибольшее распространение благодаря минимальной занимаемой площади и удобству подвода энергоносителей (масла и сжатого воздуха для приводных цилиндров, воды для охлаждения кокилей, электроэнергии и т. п.).

Большинство созданных  карусельных кокильных машин  имеет четное число позиций - 4, 6, 8, 12, 16. Известна, однако, пятипозиционная карусельная машина фирмы «Voisin» (Франция), предназначенная для отливки алюминиевых головок автомобильных двигателей. Поворот каруселей осуществляется, как правило, вокруг вертикальной оси, т. е. платформа с кокильными секциями перемещается в горизонтальной плоскости. Исключение составляет четырехпозиционная машина мод. JIMB450 с горизонтальной осью вращения.

За последние десятилетия широкое распространение получил гидравлический привод кокильных машин, обеспечивающий значительные усилия запирания, раскрытия кокилей, извлечения металлических стержней и выталкивания отливок. С помощью гидравлического привода достигаются плавность перемещения частей кокиля, бесшумность его работы, а также компактность машины, так как высокое давление в гидроприводе позволяет достичь малыми цилиндрами больших усилий без применения специальных усиливающих устройств [3, с 158].

В большинстве созданных  прогрессивных моделей кокильных  машин, как правило, предусмотрен полуавтоматический цикл работы с автоматизацией следующих  операций: сборка кокиля, выдержка отливки  в период кристаллизации, извлечение металлических стержней, раскрытие кокиля и выталкивание отливки, съем отливки и вынос ее из рабочей зоны машины.

Научные исследования для  создания кокильных машин являются развитием традиций отечественной  школы проектирования литейного оборудования, становление которой связано с именем П. Н. Аксенова [3, с 25].

 

4. Универсальные стационарные машины