Что позволяет получить технология литья в кокиль технология 8 класс кратко

Обновлено: 05.07.2024

Кокильное литье, или литье в постоянные формы, – это литье металла, осуществляемое свободной заливкой кокилей. Кокиль (от фр. Coquille – раковина, скорлупа) – металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заполняемая расплавленным металлом под действием гравитационных сил.

Кокиль (рисунок 3.1) обычно состоит из двух полуформ 12, плиты 11 и вставок 7. Полуформы взаимно центрируются штырями 6, а перед заливкой их соединяют замками 13. Полости и отверстия в отливке могут быть выполнены металлическими или песчаными стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения до заданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему 5, выполненную в его стенках, а питание массивных узлов отливки осуществляется из прибыли 2.

При заполнении кокиля расплавом воздух и газы удаляются из его рабочей полости 10 через вентиляционные каналы 1, пробки 3, каналы между металлическими частями 9, образующие вентиляционную систему кокиля.

Рисунок 3.1 – Кокиль:1 – вентиляционные каналы; 2 – прибыль; 3 – вентиляционная пробка; 4 – песчаный стержень; 5 – литниковая система; 6 – штырь (центрирующий элемент); 7 – вставка; 8 – металлический стержень; 9 – вентиляционный канал; 10 – полость формы; 11 – плита (поддон); 12 – полуформы; 13 – замок

Основные элементы кокиля – полуформы, плиты, вставки, стержни и т.д. – обычно изготовляют из чугуна или стали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции, но в производственной практике часто используют кокили весьма сложных конфигураций.

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 – облицовки и краски (рисунок 3.2, а). Состав облицовок и красок зависит в основном от типа заливаемого сплава, а их толщина – от требуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее отливка охлаждается. Вместе с тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры при заливке, оплавления и схватывания с металлом отливки.

Рисунок 3.2 – Последовательность изготовления отливки в кокиле (стрелки – направление движения деталей кокиля): а – окраска кокиля; б – установка стержней; в – сборка и заливка формы; г – затвердевание отливки; д – разборка кокиля

Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагревают газовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 150 – 280 о С. Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор. Вода капель водной суспензии, попадающих на поверхность нагретого кокиля, испаряется, а огнеупорная составляющая ровным слоем покрывает поверхность.

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. Так как за время извлечения отливки и окраски рабочей поверхности кокиля он охлаждается, в частности при литье тонкостенных отливок охлаждается чрезмерно, для повторения цикла требуется подогрев кокиля до рабочей температуры. Если же отливка достаточно массивная, то за счет ее теплоты кокиль может нагреваться до температуры более высокой, чем требуемая рабочая. Для такого случая в кокиле предусмотрены специальные системы охлаждения, и на следующую заливку он поступает охлажденным.

Процесс литья в кокиль является малооперационным. Манипуляторные операции достаточно простые и кратковременные, 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 относится к существенным преимуществам способа. Самым важным является то, что исключается трудоемкий и материалоемкий процесс изготовления разовой формы – кокиль используется многократно.

Особенности формирования и качество отливок

Металлическая форма по сравнению с песчаной обладает значительно большими теплопроводностью, теплоемкостью, прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью. Этими свойствами материала кокиля обусловлены рассмотренные далее особенности его взаимодействия с металлом отливки.

1. Высокая эффективность теплового взаимодействия отливки и формы: 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, так как снижают показатели ударной вязкости и износостойкости. Резко возрастающая твердость в отбеленном поверхностном слое 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 и может вызвать появление внутренних напряжений, коробления отливки и трещин в ней. В то же время неподатливая форма не деформируется по причине увеличения объема некоторых расплавов при кристаллизации из-за предусадочного расширения, например, в результате выделения графита в чугуне. В этом случае уменьшается опасность формирования усадочной пористости при затвердевании отливки.

При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые упругими и остаточными деформациями песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чем размеры песчаной формы, и отливки в кокилях соответственно получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует классам 5 – 9 для отливок из цветных сплавов и классам 7 – 11 для отливок из черных металлов (ГОСТ 26645-85 (изм. № 1, 1989)). При этом наибольшая точность обеспечивается для размеров в одной части формы. Точность размеров в двух и более частях формы, а также размеров, оформляемых подвижными частями формы, ниже. Точность отливок, полученных в кокиле, по массе примерно на один класс выше по сравнению с песчаными формами, при этом обеспечивается возможность уменьшения припусков на обработку резанием.

3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что определяет высокое качество поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок зависит от состава облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует R_z = 40 – 10 мкм, но может быть и меньше.

4. Кокиль практически газонепроницаем и имеет минимальную газотворность, определяемую в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости. Однако газовые раковины в кокильных отливках – явление нередкое. 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 кокильного производства отливок, как и производства отливок другими способами литья, зависит от полноты и правильности использования преимуществ этого процесса с учетом его особенностей и недостатков в условиях конкретного производства.

Ниже приведены преимущества литья в кокиль в сравнении с литьем в песчаные формы.

1. Обусловленное использованием металлической формы повышение качества отливки и стабильности показателей качества, в частности: механических свойств, структуры, плотности, шероховатости, точности размеров отливок.

2. Использование в металлических формах разовых песчаных стержней. Это существенно расширяет возможности способа при производстве фасонных отливок со сложными внешними и внутренними поверхностями.

3. Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операций приготовления смеси, формовки и очистки отливок. 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 и очистные сооружения.

4. Устранение тяжелых и вредных операций выбивки форм, очистки от-ливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условий труда, меньшее загрязнение окружающей среды.

5. Возможность механизации и автоматизации процесса изготовления отливки благодаря многократному использованию кокиля. При литье в кокиль устраняется процесс изготовления литейной формы, остаются лишь сборочные операции: установка стержней, соединение частей кокиля и их крепление перед заливкой, которые легко автоматизируются. Устраняются также такие возмущающие факторы, влияющие на качество отливок при литье в песчаные формы, как влажность, прочность, газопроницаемость формовочной смеси, т.е. процесс литья в кокиль является более управляемым. Для получения отливок заданного качества в кокильном производстве легче осуществить автоматическое регулирование технологических параметров процесса. Автоматизация процесса позволяет изменить характер труда литейщика-оператора, управляющего работой таких комплексов.

Однако способ литья в кокили имеет и недостатки, в числе которых следующие.

1. Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления. Стоимость кокиля возрастает при получении отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо усложнять конструкцию формы – делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

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. Поэтому проблема повышения стойкости кокиля относится к важнейшим при решении технологических задач кокильного литья этих сплавов.

3. Высокая интенсивность охлаждения расплава в кокиле в сравнении с песчаной формой. Данный фактор ограничивает возможность получения тонкостенных протяженных отливок, а в чугунных отливках дополнительно приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающему обработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.

4. Неподатливость кокиля, которая приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда и трещин.

5. Использование в кокиле большого числа песчаных стержней. Этот фактор снижает точность получаемых отливок и повышает в этих местах шероховатость их поверхности.

Преимущества и недостатки кокильного способа определяют в итоге рациональную область его использования. Вследствие высокой стоимости кокилей экономически целесообразно 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 алюминия – 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 можно отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

Литье в кокиль представляет собой один из эффективных методов заливки в формы расплавленного металла, который позволяет получить отливку. Литье металлов в кокиль выполняется с помощью многоразовых форм, что позволяет ускорить и при этом снизить стоимость производства. Это дает возможность получить за короткий промежуток времени большее количество отливок при серийном изготовлении.

Особенности технологии

Для литье металлов в кокиль требуется четко соблюдать определенную последовательность этапов. Для начала проводится подготовка, включающая следующие этапы:

очищение поверхности кокиля;
проверка надежности креплений;
обработка форм смазкой или краской.

В зависимости от заливаемого в кокиль состава подбирается оптимальный вариант его облицовки. В зависимости от толщины покрытия регулируется скорость охлаждения отлитой заготовки. Наличие огнестойкого слоя обеспечивает защиту формы от воздействия разогретого металла. Для производства данного слоя применяется глина, жидкое стекло или другие современные защитные материалы.

Перед заливкой металла форма прогревается. При наличии внутренних полостей у изделия устанавливают песчаные или керамические стержни. После чего половинки формы соединяются и фиксируются зажимами, таким образом осуществляется литья в кокиль под давлением.

В процессе охлаждения требуется частично убрать из отливки стержни. Это выполняется для уменьшения их обжатия, которое возникает при усадке расплава. После охлаждения отливку нужно извлечь из кокиля, отрезать выпоры, литники и прибыли, а также удалить стержень. После окончания работы проводится контроль качества как готовых металлических отливок, так и кокиля.

Качество. Использование качественных форм гарантирует прочные и гладкие отливки с минимальной потерей из-за брака. Литье выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ, что позволяет отливкам обладать высокими эксплуатационными качествами.
Полный цикл производства. Включает в себя все работы от проектирования и производства и изготовления формы до запуска серийного производства.
Высокая производительность. Гарантирует изготовление большого количество отливок в сжатые сроки.
Сервис. Мы обеспечиваем не только качественное литье, но также гарантируем услуги по ремонту и обслуживанию оснастки, доставке продукции, консультациям и решению любых вопросов.

Обратившись к нам, вы гарантировано получите отливы высокого качества в максимально сжатые сроки. При этом при массовом производстве мы предлагаем выгодные цены в Москве.

Онлайн калькулятор

- С помощью онлайн калькулятора вы можете рассчитать приблизительную стоимость вашего заказа

Преимущества литья в кокиль

Литье в кокиль под давлением – эффективный способ производства отливок из различных металлов. Технология широко применяется при работе из различных сплавов со сложной геометрией деталей. К основным преимуществам технологии по сравнению с литьем в песчаные формы можно отнести:

Стабильные показатели качества. Благодаря использованию металлических форм значительно повышается точность размеров отливки, плотность, механические и другие эксплуатационные свойства.
Возможность применения разовых песчаных стержней. Благодаря этому расширяются возможности такого метода литья при производстве фасонных отливок, которые имеют внутренние полости.
Увеличение объема производства. Кокильное литье алюминия позволяет не только повысить производительность, но и минимизировать количество трудоемких операций. Таким образом, производительность труда в линейном цехе с использованием данной технологии возрастает минимум в два раза. К тому же такой метод литья позволяет снизить размер площадей, требуемых для выполнения работ.
Снижение вредности труда. Литье в формы позволяет избежать очистки отливок от пригара, выбивки форм и других работ, которые не только отличаются сложностью и трудоемкостью, но и относятся к вредным. Такой метод литья оказывает меньшее воздействие на окружающую среду.
Механизация и автоматизация процесса. Благодаря многократному использованию кокиля процесс производства отливок можно автоматизировать. Самый трудоемкий и затратный этап производственного процесса заключается в изготовлении формы. А при таком способе литья формы используются многократно. Остается только выполнять сборочные операции и смазку форм, а этот процесс легко механизируется. Автоматизация линейного производства с помощью кокилей изменяет труд литейщика, который управляет линией.

Недостатки литья в кокиль

Несмотря на явные преимущества, технология литья алюминия в кокиль обладает и рядом недостатков:

Трудоемкость производства кокиля и его высокая стоимость. Если для производства отливок требуется форма со сложной конструкцией, в которой нужно делать разъемы и использовать вставки, ее стоимость значительно возрастает. В таком случае придется использовать разъемные стержни.
Ограниченное количество отливок, которые можно получить с помощью одной формы. Это связано с тем, что даже качественные и надежные кокиля со временем приходят в негодность. Именно от их стойкости к механическим повреждениям и износу зависит экономическая выгода процесса. В первую очередь это касается литья стали и чугуна. Именно поэтому основной задачей при литье в кокиль является производство форм из современных жаропрочных материалов, с помощью которых можно будет выполнить большое количество отливок.
Сложность получения отливок с тонкими стенками. Это связано с быстрым охлаждением расплава. В чугунных отливках эта особенность приводит к отбелу поверхностного слоя, что приводит к ухудшению последующей механической обработки и необходимостью применения термических операций

Таким образом, литье в кокиль нецелесообразно использовать при штучном производстве из-за высокой стоимости изготовления формы. Однако для массового или серийного производства такой способ литья является одним из наиболее выгодных и удачных вариантов. Эффективность этого метода намного выше, чем литья в песчаные формы. Готовые отливки получаются точными и качественными, а их изготовление – быстрым и более безопасным для литейщика и окружающей среды.

Эффективность и область применения литья в кокиль

Литье металлов в кокиль позволяет получить отливки из чугуна, стали, алюминия и цветных сплавов. Автоматизированные и механизированные линии позволяют выполнить отливки из стали и чугуна массой до 160 кг, а также отливки из цветных сплавов, вес которых достигает 30 кг. В кокилях без механизации литейного производства удается выполнить отливки массой до нескольких тонн.

Благодаря внедрению технологии кокильного литья алюминия в облицованные кокиля удается получить даже сложные и тонкостенные отливки на основе стали и чугуна. Наличие облицовки снижает скорость затвердевания отливки, что позволяет предотвратить образование "отбела" чугуна.

Область применения литья в кокиль в первую очередь определяется экономической целесообразностью, массовостью производства и технологическими возможностями производства отливок данным методом.

Технические возможности выполнения отливок с помощью форм зависят от конструкции этих деталей и особенностей используемого сплава. Чем сложнее конструкции отливки и тоньше ее стенки, тем сложнее процесс производства. При кокильном литье у отливок с тонкими стенками могут наблюдаться недоливы, а при использовании чугуна – отбел его поверхности. Производство отливок сложных конструкций требует аналогичных кокилей, изготовление которых трудоемко. К тому же такие формы менее технологичны.

Чаще всего применяется литье алюминия в кокиль. Процесс происходит с широким интервалом кристаллизации, что позволяет получить отливку любой формы, включая даже сложные и тонкостенные. Из чугуна и стали чаще всего делают самые простые или средние по сложности отливки. При этом они имеют увеличенные толщины стенок по сравнению с литьем ЛВМ. Большое количество отливок разного размера и формы выполняется из медных и магниевых сплавов.

Литье в кокиль под давлением пользуется популярностью благодаря высокой скорости изготовления отливок из различных металлов и их сплавов, возможностью организовать серийное производство и минимизировать расходы, а также высоким показателем стойкости кокилей к механическим повреждениям.

Литье в кокиль – это технологический процесс изготовления отливок путем заливания металлического расплава в многооборотные формы, выполненные из металла (сталь, чугун и пр.). Эту форму называют кокиль.

Процесс литья в кокиль

Перед началом литья в кокиль металлического расплава необходимо выполнить операции технологического процесса по подготовке его к работе. Эта работа выполняется в несколько этапов.

Поверхности кокиля и место стыков полуформ необходимо очистить от загрязнений, коррозии, масел.
Выполняют проверку подвижности перемещающихся деталей, точность их установки и надежность крепления на местах для этого предназначенных.
На этом этапе поверхности формы смазывают огнестойкими материалами. В этом качестве применяют специальные краски и смазки.

Технологический процесс литья в кокиль

Веществ, которые применяют при облицовке кокиля, зависят от марки заливаемого состава. Толщина покрытия зависит от необходимой скорости охлаждения отлитой заготовки. То есть, чем больше слой наносимой облицовки, тем заготовка будет медленнее охлаждаться. Огнестойкий слой призван решить еще одну задачу в процессе этого литья – обеспечить сохранность формы от скачка температуры во время заливки металла, а также оплавления ее частей и их схватывания с расплавом. В состав огнеупорной облицовки могут входить следующие материалы – кварц, глина, жидкое стекло, графит.

Процесс отлива в кокиль

Перед началом заливки металла форму прогревают до температуры порядка 200 градусов. Эта температура определяется маркой заливаемого металла и габаритов отливки.

Конструктивные особенности кокиля

Кокиль для литья – это многооборотная форма, изготавливаемая из металла. Несмотря на то что в такие формы могут использовать для получения отливок разных форм, их принципиальная конструкция одинакова. В состав кокиля для литья входят полуформы, плита, различные вставки и литейные стержни. С помощью последних, происходит формирование отливки. Для его центрирования и соединения применяют штыри. Непосредственно перед началом заливки полуформы фиксируют с помощью специальных замков. Металлический расплав подают в форму через систему литников.

Литье в металлические формы (кокиль)

По мере заполнения кокиля излишки воздуха выводятся через воздуховодные каналы.

В литейном производстве применяют и другой вид форм – их называют вытряхными. Эти формы отличаются тем, что они неразъемные и применяются для отливок простой формы.

Процесс изготовление кокиля и используемые материалы

При изготовлении кокилей проектировщик должен руководствоваться марками сплава, которые будут заливаться в изготавливаемую форму. Разумеется, он должен учитывать и размер деталей, получаемых в результате литья в эту оснастку.

Так, при изготовлении деталей с небольшими габаритами из цветных металлов, чугуна и некоторых других материалов рекомендуется использовать для производства литейных форм серые чугуны 20 или 25. Для производства кокилей применяют и другие виды материалов. Надо отметить, что чем прочнее материал, например, сталь 15Л, тем выше стойкость формы. Для определенных марок металла формы производят из алюминия, но перед эксплуатацией этих кокилей рабочие поверхности анодируют.

Производство кокилей выполняют на оборудовании объемной штамповки. Но современное оборудование, работающее под управлением компьютера, например, токарно-фрезерный центр позволяет производить особо точные формы.

Преимущества и недостатки литья в кокиль

Литье этого типа, как и многие технологические процессы, обладают и преимуществами, и недостатками. Можно сравнить литье в кокильную оснастку с литьем в песчаные формы.

К основным преимуществам можно отнести то, что литье в металлические формы отличается от всех остальных качеством получаемых деталей, в частности, точностью. Применение песочных стержней позволяет выполнять отливки сложной формы.

Использование металлических кокилей позволяет повысить производительность труда на литейном производстве. Это обусловлено тем, что из производства исключены такие операции, как приготовление литьевой смеси, и чистки отливок.

Использование такого типа литья позволяет уменьшить припуски на дальнейшую механическую обработку. Такой подход позволяет снизить себестоимость готового изделия.

Такое свойство кокилей, как оборачиваемость позволяет механизировать процессы литья и последующей обработки отливок. Например, операция сборки этой оснастки может быть легко автоматизирована. Кроме того из процессов исключены факторы, которые могут отрицательно сказаться на качестве отливок, например, газопроницаемость смеси. Автоматизация литейных процессов регулировать технологические режимы литейных процессов, что приводит к изменению характера труда оператора литейного комплекса и повышению его безопасности.

Между тем при множестве достоинств литье этого класса имеет и ряд недостатков.

Кокиль обладает высокой стоимостью, это является следствием его конструктивной сложности и и высокой трудоемкости производства. Особенно это относится к оснастке, в которые отливают детали сложной геометрической конфигурации.

Литейная оснастка такого типа имеет ограниченную стойкость. Стойкость оснастки определяется количеством качественных отливок. При снижении качества, его просто направляют в утилизацию. Стойкость – это ключевой экономический показатель литья. Над повышением стойкости форм этого класса работают производители и проектировщики оборудования для литья в формы этого типа по всему миру.

Литье сплава в кокиль

Интенсивность охлаждения отливок в кокиле существенно выше, чем в песчаных или земляных оснастках. Это приводит к тому, что ограничена возможность изготовления отливок с тонкими стенками.

Поскольку эти оснастки не обладает достаточной податливостью – это может привести к появлению в отлитых деталях внутренних напряжений. Которые потом устраняют с помощью термообработки.

Область применения

Кокильное литье широко используют для производства отливок из черных и цветных металлов. На автоматизированном оборудовании, предназначенном для этой обработки металлов допустимо литье алюминия в кокиль, но при этом вес отливки не должен превышать 30 кг.

На неавтоматизированном оборудовании допустимо литье чугуна в кокиль, при этом масса отливки не должна превышать 12 тонн.

Этапы литья в кокиль

Сложно найти промышленную отрасль, в которой не применяют литье в кокиль. Эта технология позволяет изготавливать широкий круг деталей из различных металлов. Например, на электротехнических заводах их применяют для отливки деталей электрических машин, на предприятиях, которые выпускают силовые установки для автомобилей, эту технологию применяют для производства головок блока цилиндров или картеров защиты.

Кокильная литейная машина

Практика показывает, что чаще всего литье этого типа применяют в отношении алюминия и его сплавов. На втором месте стоит чугун и на третьем сталь.

Кокиль — это стальная форма, обладающая рядом весомых преимуществ, таких как: высокая теплопроводность, прочность и теплоемкость. Главные отличительные характеристики литья в кокиль преведены ниже.

Технологический процесс

Кокильным литьем называют способ получения отливок в металлических формах при гравитационном заполнении металла. Металлическая форма используется многократно.

Технологический процесс состоит в следующем. Кокиль нагревают и окрашивают. Окончательный разогрев кокиля производят двух-, трехразовой заливкой жидким металлом. Расплавленный металл очищают, рафинируют и заливают в кокиль. После извлечения из кокиля отливки отделяют от литниковой системы и зачищают. Для ликвидации пористости отливки пропитывают спецсоставом. Если отливка имеет сложную внутреннюю конфигурацию, то в кокиль устанавливают песчаные стержни.

Особенности формирования отливки:

• быстрый теплоотвод через металлический кокиль, обеспечивающий мелкокристаллическую плотную структуру. В чугунных отливках наблюдается отбел;
• отсутствие газопроницаемости формы требует конструктивных приспособлений в кокильной оснастке;
• неподатливость кокиля вызывает сильные напряжения в отливке и даже образование трещин.

• повышение точности и качества поверхности отливок;
• высокие механические свойства металла;
• многократное использование формы;
• сокращение расхода формовочных материалов, оборудования и площадей для его размещения;
• повышение производительности труда и увеличение съема с производственной площади;
• снижение себестоимости отливок при их высоком качестве.

• сложность получения тонкостенных отливок;
• невозможность извлечения отливок со сложным контурами (стоящие животные, люди и пр.);
• невозможность получения сложных полостей металлическими стержнями;
• значительные напряжения, возникающие в отливках;
• отбел в чугунных отливках;
• высокая стоимость кокиля и длительность его изготовления.

Краски предназначены для предотвращения пригара металла к материалу кокиля и для регулировки теплопередачи. Благодаря меньшей по сравнению с металлом теплопроводностью уменьшается скорость отвода теплоты (q) от жидкого металла (рис. 25.1):

где Р — коэффициент теплоотдачи металла; X — теплопроводность облицовки; % — толщина облицовки.

1 — металл; 2 — краска; 3 — кокиль

Изменяя состав облицовки (ее теплопроводность) и ее толщину, можно регулировать скорость охлаждения металла отливки. Краски состоят из связующих (жидкое стекло, глина, лигносульфонаты) активаторов (KMn0/j-K2Cl;07) H3B03 и огнеупорного порошка (пылевидный кварц, оксиды магния, циркония, тальк, графит и т.д.). Выбор краски определяется материалом и конфигурацией отливки.

В кокиль заливают стали, чугуны, цветные сплавы. Особо широко применяют алюминиевые легкоплавкие сплавы.

В кокильном литье используют литниковые системы с подводом сверху, сифоном и т.д., щелевые литники. Площадь питателя (FimT) рассчитывают по формуле

где G — масса отливок, кг; р — коэффициент расхода и сопротивления, зависящий от вида сплава, р чугуна = 0,24-^0,43, р алюминия = 0,6^-0,7; р —

коэффициент, учитывающий плотность металла, р = 0,001y^/2g (g= 980 см/с2), алюминий — у = 2,7, р = 0,1, серый чугун — у = 7,2, р = 0,31; t — время заливки, с, выбирается эмпирически; Я — расчетный статический напор (рис. 25.2),

Рис. 25.2. К расчету статистического напора

Площадь сечения остальных элементов литниковой системы определяют: • серый чугун и алюминий —

При работе кокиль должен иметь оптимальную температуру. Цель подогрева:

• улучшение качества отливок (недолив, трещины);
• предупреждение отбела в чугунных отливках;
• удлинение срока эксплуатации кокиля (тепловой удар);
• предупреждение образования газовых раковин и соблюдение правил техники безопасности (конденсация влаги).

Перегрев кокиля недопустим, поскольку:

• в утолщенных местах отливок может появиться усадочная раковина или пористость;
• снижается стойкость кокиля;
• снижется производительность (увеличение времени охлаждения). Температурный режим подбирают таким образом, чтобы охлаждение

кокиля компенсировало приход тепла от заливаемого металла, который в свою очередь определяется ритмом работы. Режим кокиля зависит:

• от материала кокиля;
• материала краски и ее толщины;
• материала заливаемого сплава;
• конфигурации отливки (тонко- или толстостенная отливка).

Для нагрева используют электричество или газ. Окончательный разогрев — жидкий металл.

Охлаждение интенсифицируют ребристой поверхностью кокиля, воздушным и водяным охлаждением.

Толщина кокиля определяется в основном эмпирическим способом из условий достаточной механической прочности. Формула для расчета толщины кокиля:

где 1Х — толщина стенки отливки; /2 — толщина стенки кокиля.

Время выдержки отливки в кокиле определяют с учетом тепловых взаимодействий между отливкой и кокилем. Формула для расчета:

где т — общее время охлаждения отливки в кокиле.

Особенности формирования и качество отливок

3. Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, что определяет высокое качество поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок зависит от состава облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 40 – 10 мкм, но может быть и меньше.

Преимущества литья в кокиль

Увеличение производительности. Благодаря этому процессу можно значительно увеличить эффективность труда в литейном цехе без реконструкций или строительства новых цехов, покупки оснащения. Например, литье из алюминиевых сплавов в кокиль исключает использование сложных операций (формовки, приготовления смесей и очистки от пригара).
Повышение качества отливок. Применение стальных форм повышает такие важные качественные показатели, как: механические свойства, плотность, структура и соответствие отливок детали-прототипу.
Улучшение условий труда. Отсутствие или значительное снижение вредных для здоровья работ (выбивка формы и очистка отливок).
Автоматизация работы по изготовлению отливок. Автоматизировать процесс и получить более качественные отливки, а также повысить производительность возможно благодаря многоразовости использования металлических форм.

Плюсы и минусы процесса кокильного литья

Литье в кокиль имеет явные преимущества перед другими видами аналогичного процесса, в том числе перед литьем в песчаные формы, так как оно:

дает возможность многоразового использования форм;
сокращает расходы на формовочные материалы;
позволяет получить отливки повышенной точности, с меньшими припусками на механическую обработку;
обеспечивает более чистовую поверхность литья, снижает шероховатость поверхности заготовки;
позволяет повысить качество, прочность и другие механические свойства отливок;
позволяет автоматизировать и механизировать процесс;
является более экономичным и эффективным.

При том, что данный процесс имеет явные преимущества по сравнению с другими методами литья, стоит отметить некоторые недостатки:

Кокильная оснастка

• по плоскости разъема (горизонтальная, вертикальная и т.д.);
• по подготовке рабочей поверхности (без покрытий, отбеливание и т.д.);
• по способу изготовления (механическая обработка, литье и т.д.);
• по применяемым стержням (металлические, песчаные и т.д.).

Кокиль состоит из следующих основных элементов:

• нолуформа;
• вентиляционная система;
• толкатели и контртолкатели;
• стержни.

К материалам кокилей предъявляют требование противостоять гермо- ударам.

Недостатки способа литья в кокили

Конструкции кокилей, которые используются в металлургическом производстве делятся на два вида:

разъемные;
неразъемные (вытряхные, название говорит само за себя).

Второй вид конструкции форм используется если отливки имеют простую конфигурацию.

Разъемные формы, в свою очередь, по форме плоскости разъема бывают:

горизонтальные;
вертикальные;
наклонные;
со створчатой плоскостью разъема;
со сложной плоскостью разъема.

Каждая часть формы называется полуформой. Они бывают:

коробчатые;
с ребрами жесткости (что позволяет избежать коробления стенок формы).

Разъемные формы подразумевают использование дополнительных технологических элементов:

стержней (металлических или песчаных);
вставок;
оснований;
поддонов;
толкателей;
центрирующих штырей;
втулок.

Способы подачи в форму раскаленного металла: сверху; сбоку; снизу (сифонный метод).

Для обеспечения технологического процесса кокиль оснащается:

вентиляционной системой (система вентканалов, выпоры, зазоры);
газоотводными каналами (чаще всего направленными вверх);
системой нагрева и охлаждения (водоохлаждение включают после образования корки на отливке).

2. Сложность формы отливки.

В зависимости от конфигурации, размеров, массы и необходимого количества стержней отливки делят на шесть групп сложности. Наиболее простые отливки относят к первой группе, которая характеризуется гладкими и прямолинейными наружными поверхностями с наличием невысоких усиливающих рёбер, фланцев, отверстий, а также внутренними поверхностями простой формы. Типовые изделия – крышки, фланцы, муфты, колёса вагонеток. Самые сложные отливки относят к шестой группе, которая характеризуется криволинейными наружными поверхностями, имеющими рёбра, кронштейны и фланцы значительной протяжённости, пересекающиеся друг с другом под различными углами, а также внутренние полости особо сложной конфигурации с затруднёнными выходами на поверхность отливки. Типовые изделия – станины специальных металлорежущих станков, сложные корпуса насосов, рабочие колёса гидротурбин.

Сложные по конфигурации отливки получают литьем под давлением, по выплавляемым моделям, в песчаных формах. Литьем в кокиль получают отливки с простой наружной конфигурацией, а центробежным литьем – отливки типа тел вращения. Наиболее тонкостенные отливки получают литьем по выплавляемым моделям и литьем под давлением.

3. Количество.

В условиях крупносерийного или массового производства рентабельны способы литья с применением металлических или оболочковых форм. Но если необходимо изготовить одну или всего несколько отливок (единичное производство), то нерационально изготавливать для этого дорогостоящий кокиль или использовать дорогостоящее литьё по выплавляемым моделям. Поэтому в данном случае может окупиться и является наиболее рациональным применение литья в песчаные формы, для которого можно использовать недорогие деревянные модели.

4. Требуемые точность геометрических показателей и качество поверхности.

Следует выбирать способ, обеспечивающий заданную точность размеров и шероховатость поверхности. Высокое качество поверхности позволяет либо исключить последующую механическую обработку, либо выполнять ее с минимальными припусками. Это дает возможность сохранить при механической обработке литейную корку, имеющую повышенную твердость и износостойкость, снизить себестоимость готовых деталей за счет экономии металла. Однако при этом увеличиваются расходы на литейное оборудование и оснастку, их ремонт и обслуживание. Поэтому, при выборе метода получения отливки следует проводить технико-экономический анализ не одного заготовительного (литейного), а двух этапов производства – заготовительного (литейного) и механообрабатывающего.

Наиболее точным показателем, определяющим эффективность применения того или иного способа, является себестоимость изделия.

При выборе оптимального способа получения отливок, как правило, требуется проводить сравнительный анализ возможных вариантов литья и их технологических показателей, ориентировочно представленных в табл. 1Л.

Дата добавления: 2014-02-13; 17743; Опубликованный материал нарушает авторские права? | Защита персональных данных |

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Материалы для изготовления кокилей

В кокиле во время литья происходят резкие перепады температур, обусловленные технологическим процессом, что может привести к необратимым изменениям в структуре формы.

В связи с этим материалы для изготовления кокилей должны обладать следующими качествами:

термоустойчивость;
иметь высокие механические свойства;
быть высококачественными;
высокопрочными;
быть легкими в обработке;
иметь доступную цену.

На практике, для изготовления кокильных форм, чаще всего используют следующие материалы:

сталь низкоуглеродистая, легированная сталь и ее сплавы (Ст3, Ст10, Ст20, Ст15ХМЛ);
чугун, в том числе и высокопрочный (СЧ20, СЧ25, ВЧ40, ВЧ45);
медь и ее сплавы;
алюминий и его сплавы.

Стержни чаще всего изготавливают из углеродистой или легированной стали, а песчаные – из песчано-масляной или песчано-смоляной смесей. Для остальных деталей кокильных форм — поддонов, толкателей, втулок, штырей, болтов, используют в основном конструкционную сталь.

Кол-во блоков: 13 | Общее кол-во символов: 18684
Количество использованных доноров: 6
Информация по каждому донору:

Читайте также: