3.2.3 Литье в металлические формы (кокили)

Сущность процесса: расплав заливают в многократно используемую литейную форму, металлические части которой составляют основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Обрабатываемые материалы: Чугуны, стали, медные, алюминиевые, магниевые, цинковые сплавы.

Характеристика отливок: В кокилях получают точные отливки (12-14 квалитет) с чистой поверхностью (Rz=40-10 мкм) массой до 200 кг.

Высокая теплопроводность кокиля (следовательно, повышенная скорость охлаждения) способствует получению отливок с мелкозернистой структурой, что повышает прочность, пластичность материала отливок. В кокилях получают 11% чугунных отливок, 6% стальных, 45% алюминиевых и магниевых отливок.

Оборудование. Для механизации процесса применяют кокильные машины однопозиционные и карусельные, с помощью которых механизируют открывание и закрывание кокилей, установку и удаление металлических стержней и выталкивание отливок из кокиля.

Технологический процесс литья в кокиль.

Кокиль (от французского coquille) - металлическая форма из чугуна, стали или алюминиевых сплавов, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил.

На рабочую поверхность кокиля наносится огнеупорное покрытие, уменьшающее скорость нагрева кокиля. Покрытие снижает разность температур по толщине кокиля, уменьшает температурные напряжения в нем и повышает его стойкость. В качестве огнеупорных материалов применяют измельченный кварц, окислы и карбиды металлов, графит, асбест. В зависимости от толщины и свойств применяемых покрытий кокили подразделяют:

на кокили: с тонкослойными покрытиями толщиной до 0,5мм, которые служат для заливки сплавов, повышенной плотностью и герметичностью;

на облицовочные кокили, покрытые стержневой смесью толщиной 2-5 мм, применяемые для заливки тугоплавких сплавов (сталей, чугуна и др.), при изготовлении отливок сложной конфигурации и тонкостенных отливок;

на футерованные кокили, рабочую часть которых полностью или частично покрывают формовочной смесью толщиной 6-12 мм. В таких кокилях изготавливают крупные толстостенные отливки из чугуна или стали.

После нанесения покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры. Затем в кокиль устанавливают песчаные, керамические или металлические стержни. Половины кокиля соединяют и скрепляют, после чего заливают расплав в кокиль. После охлаждения отливки до заданной температуры кокиль раскрывают и удаляют отливку. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники, прибыли. Затем цикл повторяют.

К недостаткам способа следует отнести:

• высокую стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления;

• высокую интенсивность охлаждения расплава, ограничивающая возможность получении тонкостенных протяженных отливок;

• неподатливость кокиля приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда и трещин.

3.2.4 Литье под давлением

Сущность процесса: Литейная форма заполняется расплавом под действием внешних сил, значительно превосходящих силы гравитации (50-3500 атм), а затвердевание отливки протекает под избыточным давлением.

Оборудование. В зависимости от способа подачи расплава в пресс-форму различают машины с холодной и горячей камерами прессования.

Обрабатываемые материалы. Алюминиевые, цинковые, медные сплавы, реже чугуны и стали.

Характеристика отливок. Изготавливают отливки массой от нескольких граммов до 50кг, обычно тонкостенные (до 0,8мм) сложной конфигурации. Отливки имеют высокую точность размеров (8-12 квалитет), малую шероховатость поверхности R_z=20- 10 мкм и даже R_a = 1,25-0,63 мкм.

Технологический процесс литья под давлением.

Расплав заполняет пресс-форму за доли секунды при скорости V = 120м/с. При этом он сильно фонтанирует, ударяется о стенки формы и мгновенно закупоривает вентиляционные каналы. Только часть газов (10-30%) удаляется из полости формы. Вследствие этого отливки имеют дефект - газовую пористость, низкую плотность, низкие механические и, особенно, пластические свойства. Их нельзя подвергать термической обработке, т.к. при нагреве поверхность вспучивается, вследствие, расширения газа. В момент окончания заполнения формы процесс мгновенно останавливается, вследствие гидравлического удара поверхностный слой отливок получается плотным, без газовой пористости, пузырьки газа остаются во внутренних сечениях отливки.

Недостатки метода литья под давлением:

• высокая стоимость пресс-формы;

• наличие в отливках газо-воздушной пористости;

• размеры и масса отливок ограничены мощностью машины.

Метод целесообразен - в массовом и крупносерийном производстве тонкостенных точных отливок с минимальными припусками на обработку.