Литье в кокиль

Оглавление

Введение…………………………………………………………………………………..…3

Сущность способа литья в кокиль………………………………………………………….5

Основные операции технологического процесса литья в кокиль………………………..7

Особенности формирования и качество отливок в кокиле………………………………..9

Эффективность производства и область применения отливок в кокиль………………...11

Классификация конструкций кокилей………………………………………………….….13

Отливки в кокиль из алюминиевых сплавов…………………………………………..…..15

Заключение………………………………………………………………………………..….17

Список использованной литературы……………………………………………………….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Литье в кокиль относится к прогрессивным специальным способам литья с большим будущим. Между тем, это один из древних способов изготовления отливок, появившийся чуть ли не на заре возникновения литейного ремесла. Во всяком случае литейщики прибегли к этому способу сразу же, как только возникла необходимость в массовом производстве отливок с точно воспроизводимыми размерами последних. Древние литейщики разных районов применили первые кокили независимо друг от друга. В настоящее время трудно установить, в какой части света и когда впервые стали использовать кокили. Однако достоверно известно, что почти за пять веков до нашей эры литье в кокиль было развито на юго-востоке и в Северном Причерноморье — в Скифии. В это время в сельском хозяйстве ряда государств Востока началось широкое применение литых чугунных мотыг, серпов, осей телег и других сельскохозяйственных орудий труда и деталей оборудования. Огромную потребность в отливках не могли удовлетворить старые способы литья. Взамен их и был использован вновь открытый способ литья в чугунные кокили.

Литейное ремесло в Скифии было высоко развито, об искусстве литья замечательных скифских котлов с восторгом писал Геродот; свидетельством тому служат также многие дошедшие до нашего времени литые изделия. Однако для массового изготовления наконечников стрел существовавшие ранее способы литья, в том числе и литье по восковым моделям, оказались непригодными. Для решения проблемы литейщикам пришлось искать новые пути. Так скифами было впервые изобретено литье в кокиль. Правда, как указывает Б. А. Шрамко, одна из находок археологов — четырехместный кокиль дает основание предполагать, что в Причерноморье литье было известно и в доскифский период. Но других, более достоверных данных, подтверждающих такое предположение, пока не имеется.

Что касается археологических находок скифского периода, то они, как и находки периода Борющихся царств (403—221 гг. до н. э.), свидетельствуют об умелом использовании кокилей древними литейщиками.

Пробелы в истории литья в кокиль объясняются не утерей древних секретов, а тем, что в разные периоды отсутствовали благоприятные условия эффективного использования кокилей. Такие условия появились в России в XVI в., когда потребовалось массовое изготовление чугунных пушечных ядер с достаточным воспроизводством размеров и масс. Существовавшие в то время способы сравнительно развитого литейного производства в России не были пригодны для литья таких ядер, хотя с их помощью решались более сложные проблемы — изготовление колоколов, пушек и других сложных и ответственных отливок. Возрожденный же способ литья в кокиль позволил решить проблему чугунных ядер. А когда отпала необходимость в чугунных ядрах, процесс литья в кокиль вновь забыли на несколько веков. Возрождается этот способ лишь в конце прошлого столетия, и уже для литья стальных заготовок: в 90 годах XIX в. на вагоностроительном заводе в г. Риге было освоено литье в кокиль стальных дисков массой 200—300 кг. По тому времени литье стальных дисков было смелым инженерным решением, давшим значительный эффект. Простые кокили успешно были применены для литья чугунных вагонных колес с отбеленными ребордами.

В дальнейшем кокили нашли еще более широкое применение для литья самой разнообразной продукции: вагонных колес, буферов электровозов, тяжелых корпусов редукторов, различной аппаратуры, хозяйственных изделий, тонкостенной посуды и т. д. Впервые было освоено массовое литье в кокиль чугунных изделий толщиной менее 3 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущность способа литья в кокиль

Кокиль - металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. Они являются закрытыми металлическими литейными формами с внутренней полостью, соответствующей форме изделия, и литниковой (заливочной) системой, которые выполняются путем механической обработки в чугунном, бронзовом, алюминиевом или стальном блоке. Кокиль состоит из двух или большего числа деталей, после соединения которых остается лишь небольшое отверстие сверху для заливки расплавленного металла. Для формования внутренних полостей в кокиль закладываются гипсовые, песочные, стеклянные, металлические или керамические «стержни». Методом литья в кокиль получают отливки из сплавов на основе алюминия, меди, цинка, магния, олова и свинца.

Кокили изготавливают из серого (СЧ15, СЧ18, СЧ20, СЧ25) и высокопрочного чугуна (ВЧ 42-12, ВЧ 45-5), конструкционных углеродистых (10, 20, 15Л, 25Л) и легированных (15ХМЛ) сталей, медных (латуни) и алюминиевых (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛИ, АЛ 12) сплавов. Для изготовления стержней и вставок многократного действия, работающих в условиях воздействия больших тепловых и механических нагрузок, используют легированные стали (ЗОХГС, 35ХГСА, 4Х5МФС и др.). Выталкиватели выполняют из инструментальных сталей (У8А, У10А), поскольку они должны обладать большой твердостью и износостойкостью. Многократность использования формы обусловлена, главным образом, материалом отливки. С помощью одной формы (или большей части ее элементов) кокильным литьем получают до 500 мелких стальных, 5000 чугунных или десятки тысяч алюминиевых отливок. Отдельные элементы кокиля (в первую очередь - стержни, оформляющие внутренние полости отливки) могут изготавливаться как из металла, так и из стержневой смеси; в последнем случае они предназначаются лишь для разового использования. Металлические стержни сложной формы целесообразно делать разборными.

 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 (рис.1) 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 литья в кокиль

 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 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, расплавлении и схватывании  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, зависящий 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 если таковые необходимы для получения отливки; половины кокиля соединяют 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 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. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.

 

 

 

 

а - очистка полуформ;

б - установка стержней;

в - заливка расплава;

г – частичное удаление           металлического стержня;

д - извлечение отливки.

 

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.

Как видно, процесс литья в кокиль - малооперационный. Манипуляторные операции достаточно просты и кратковременны, а лимитирующей по продолжительности операцией является охлаждение отливки в форме до заданной температуры. Практически все операции могут быть выполнены механизмами машины или автоматической установки, что является существенным преимуществом способа, и, конечно, самое главное - исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления формы: кокиль используется многократно.

 

Особенности формирования и качество отливок в кокиле

 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, ферритографитная  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=80-18 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 полсти. 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.