Технология литья в кокиль

 

Содержание.

1. Сущность процесса. Основные операции. Область использования…..3

• Основные операции технологического процесса.
• Особенности формирования и качество отливок.
• Эффективность производства и область применения.

2. Кокили…………………………………………………………………….9

• Классификация конструкций.
• Элементы конструкции.
• Материалы для кокилей.
• Изготовление кокилей.
• Стойкость кокилей и пути ее повышения.

3. Технология литья в кокиль……………………………………………..21

• Технологические режимы литья.
• Особенности изготовления отливок из различных сплавов.
• Отливки из алюминиевых сплавов.
• Отливки из магниевых сплавов.
• Отливки из медных сплавов.
• Финишные операции и контроль отливок из цветных сплавов.
• Дефекты отливок из цветных сплавов и меры их предупреждения.

 

Сущность процесса. Основные операции.  Область использования.  

Кокиль (от франц. coquille) — металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокили состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм, металлические части которых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

            Кокиль обычно состоит из  двух полуформ 1, плиты 2, вставок 10.Полуформы взаимно центрируются штырями 8, и перед заливкой их соединяют замками 9. Размеры рабочей полости 13 кокиля больше размеров отливки на величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими 11 или песчаными 6 стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему 7, выполненную в его стенках, а питание массивных узлов отливки осуществляется из прибылей (питающих выпоров) 3. При заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей   полости   через   вентиляционные   выпоры  4,   пробки  5, каналы 12, образующие вентиляционную систему кокиля.

Основные элементы кокиля — полуформы, плиты, вставки, стержни т. д.— обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции, но в практике используют кокили различных, весьма сложных конструкций.

• Основные операции технологического процесса.

Перед заливкой расплава новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла; проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования, надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия (а) — облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основном от заливаемого сплава, а их толщина — от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее охлаждается отливка. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, расплавления и схватывания с металлом отливки. Таким образом, облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы ее затвердевания, влияющие на свойства металла отливки.

            Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 423—453 К. Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Капли водной суспензии, попадая на поверхность нагретого кокиля, испаряются, а огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность.

После нанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры, зависящей в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ее размеров, требуемых свойств. Обычно температура нагрева кокиля перед заливкой 473—623 К. Затем в кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни (б), если таковые необходимы для получения отливки; половины кокиля соединяют (в) и скрепляют специальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине с помощью ее механизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессе затвердевания и охлаждения отливки, после того как отливка приобретет достаточную прочность, металлические стержни «подрывают», т. е. частично извлекают из отливки (г) до ее извлечения из кокиля. Это делают для того, чтобы уменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечить его извлечение из отливки. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляют отливку из кокиля (д). Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.            

 Перед повторением  цикла осматривают рабочую поверхность  кокиля, плоскость разъема. Обычно  огнеупорную краску наносят на  рабочую поверхность кокиля 1—2 раза  в смену, изредка восстанавливая ее в местах, где она отслоилась от рабочей поверхности. После этого при необходимости, что чаще бывает при литье тонкостенных отливок или сплавов с низкой жидкотекучестью, кокиль подогревают до рабочей температуры, так как за время извлечения отливки и окраски рабочей поверхности он охлаждается. Если же отливка достаточно массивная, то, наоборот, кокиль может нагреваться ее теплотой до температуры большей, чем требуемая рабочая, и перед следующей заливкой его охлаждают. Для этого в кокиле предусматривают специальные системы охлаждения,

• Особенности формирования и качество отливок.

Кокиль — металлическая форма, обладающая по сравнению с песчаной значительно большей теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью. Эти свойства материала кокиля обусловливают рассмотренные ниже особенности его взаимодействия с металлом отливки.           

1.   Высокая эффективность теплового взаимодействия между отливкой и формой: расплав и затвердевающая 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.           

2.   Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что затрудняет извлечение ее из формы, может вызвать появление  внутренних  напряжений,  коробление и трещины в отливке.

Однако размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют  погрешности, вызываемые расталкиванием модели, упругими  и  остаточными  деформациями  песчаной  формы,  снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12—15-ам  квалитетам по СТ СЭВ 145—75. При этом точность по 12-му квалитету возможна   для   размеров,  расположенных   в   одной   части   формы. Точность размеров, расположенных в двух и более частях формы, а также оформляемых подвижными частями формы, ниже. Коэффициент точности отливок по массе достигает 0,71, что обеспечивает возможность уменьшения припусков на обработку резанием.           

3. Физико-химическое взаимодействие  металла отливки и кокиля минимально, что способствует повышению качества поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок определяется   составами   облицовок и  красок,  наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 80-10 мкм, но может быть и меньше.           

4. Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его минимальна и определяется в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины  в  кокильных отливках — явление не редкое. Причины их появления различны, но в любом случае расположение отливки  в  форме,  способ  подвода  расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке.

• Эффективность  производства и область применения.

Эффективность производства отливок в кокиль, как, впрочем, и других способов литья, зависит от того, насколько полно и правильно инженер-литейщик использует преимущества этого процесса, учитывает его особенности и недостатки в условиях конкретного производства.

 

Ниже приведены преимущества литья в кокиль на основе производственного опыта.           

   1. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций смесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2—3 раза повысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистные сооружения, увеличить съем отливок с 1 м площади цеха.           

      2. Повышение качества отливки, обусловленное использованием металлической формы, повышение стабильности показателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.        

      3. Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья работающих операций выбивки форм, очистки отливок от пригара, их  обрубки,  общее  оздоровление  и  улучшение  условий  труда, меньшее загрязнение окружающей среды.        

    4. Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки,   обусловленная   многократностью   использования   кокиля. При  литье  в   кокиль  устраняется  сложный  для   автоматизации процесс изготовления литейной формы. Остаются лишь сборочные операции:  установка  стержней,  соединение частей  кокиля  и  их крепление перед заливкой, которые легко автоматизируются. Вместе   с   тем   устраняется   ряд   возмущающих   факторов,   влияющих па качество отливок при литье в песчаные формы, таких, как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, что делает процесс литья в кокиль более управляемым. Для получения отливок заданного  качества  легче осуществить  автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество отливок, повысить эффективность производства, изменить характер труда литейщика-оператора, управляющего работой таких комплексов.

 

 

            Литье  в кокили имеет и недостатки.           

      1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его

изготовления.           

      2. Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическая эффективность процесса особенно при литье чугуна и стали, и поэтому повышение стойкости кокиля является одной из важнейших проблем технологии кокильного литья этих сплавов.           

 3. Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения   которых   необходимо   усложнять   конструкцию   формы — делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.        

        4. Отрицательное влияние высокой интенсивности охлаждения расплава в кокиле по сравнению с песчаной формой. Это ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.         

      5. Неподатливый  кокиль приводит  к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

 

 

            Преимущества  и недостатки этого способа определяют рациональную область его использования: экономически целесообразно вследствие высокой стоимости кокилей применять этот способ литья только в серийном или массовом производстве. Серийность при литье чугуна должна составлять более 20 крупных , или более 400 мелких отливок в год, а при литье алюминиевых — не менее 400—700 отливок в год.           

 

 

 

 

 

 

 

 Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравнении с литьем в песчаные формы. Экономический эффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки и обрубки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, как следствие, повышению производительности и улучшению условий труда.           

 Таким образом, литье  в кокиль с полным основанием  следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду. 
Кокили.

• Классификация конструкций

 

  В  производстве  используют  кокили   различных   конструкций.

В зависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные) (а); с вертикальной плоскостью разъема (в); с горизонтальной плоскостью разъема (б); со сложной (комбинированной) поверхностью разъема (г,д).