Литье в кокиль и литье под давлением
П л а н л е к ц и и
Общие сведения о технологических процессах получения отливок специальными способами литья.
Литье в кокиль.
Литье под давлением.
Общие сведения о технологических процессах получения отливок специальными способами литья
В производстве литых заготовок для деталей машин и приборов зна-
чительное место занимают так называемые специальные виды литья: литье в кокиль, литье под давлением, центробежное литье, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, позволяющие получать отливки повышенной точности с чистой поверхностью, минимальным припусками на обработку, высокими служебными свойствами.
Технологические процессы получения отливок специальными видами в сравнении с литьем в песчаные формы отличаются меньшими трудозатратами,
меньшей материало- и энергоемкостью, дают возможность существенно улуч-
шить условия труда и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.
Литье в кокиль
Кокиль – металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы ко- киль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокиль состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм.
Материал и конструкции кокилей. В зависимости от конфигурации и массы отливок в литейном производстве используют кокили различных
конструкций: неразъемные (вытряхные); с вертикальной плоскостью разъема; с горизонтальной плоскостью разъема. Для отливок сложной конфигурации при-
меняют кокили с комбинированной поверхностью разъема (рис. 1.15, рис. 1.16,
рис. 1.17, рис. 1.18).
По числу одновременно отливаемых деталей кокили разделяют на
одноместные и многоместные.
В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным (естественным и принудительным), жидкостным (водяным, масляным) и комбинированным охлаждением. Воздушное охлаждение используют для малонагруженных кокилей, водяное охлаждение – для высоконагруженных кокилей или для его отдельных частей.
Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением
Рис. 1.15. Кокиль с горизонтальной плоскостью разъема: 1 – литни ковая чаша; 2 – верхняя половина кокиля; 3 – стержень; 4 – нижняя половина кокиля
Рис. 1.16. Вытряхной кокиль: 1 – груз; 2 – песчаная чаша; 3 – ко киль; 4 – вентиляционный канал; 5 – песчаный стержень
Для изготовления кокилей широко применяют серый и высокопроч- ный чугуны, легированные никелем, хромом, медью, углеродистые и легиро- ванные стали. Кокили для отливки мелких деталей из алюминиевых сплавов могут изготавливаться из алюминиево-кремниевых сплавов.
Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением
Рис. 1.18. Водоохлаждаемый кокиль: 1 – вставки кокиля; 2 – водоохлаждаемые камеры; 3 – водоохлаждаемый боковой стержень; 4 – нижний стержень; 5 – труб ка
Рабочая поверхность кокиля и металлических стержней покрывается специальными красками. Покраска производится с целью предохранения по- верхности кокиля от воздействия жидкого металла и тем самым увеличения срока его службы, а также с целью регулирования скорости охлаждения от- ливки.
Перед началом литья кокиль прогревают газовыми горелками до тем-
пературы 200–250 °С. Нагрев осуществляется с целью предотвращения рас- трескивания рабочей поверхности формы.
Л
е к ц
и
я
6
Литье
в кокиль
и литье
под
давлением
Свойства отливок. В общем объеме производства отливок из цвет- ных металлов на долю кокильного литья приходится около 40 %, что обу- словлено преимуществами данного метода литья.
Кокиль – металлическая форма, обладающая по сравнению с песчаной значительно большей теплопроводность, прочностью, практически нулевыми газопроницаемость и газотворностью. Эти свойства материала кокиля обу- словливают качество получаемых в нем отливок.
Повышенная скорость охлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, что повышает прочность и пластич- ность металла отливки. Однако в отливках из чугуна, получаемых в кокилях, вследствие особенностей кристаллизации часто образуются карбиды, ферри- тографитная эвтектика, отрицательно влияющие на свойства чугуна: снижа- ется ударная вязкость, износостойкость, резко возрастает твердость в отбе- ленном поверхностном слое, что затрудняет обработку резанием таких отли- вок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке для устранения отбела.
Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что может вызвать появление внутренних напряжений, ко- робление и трещины в отливке.
Размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно
точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые расталкиванием модели, упругими и остаточными деформация- ми песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и, соответст- венно, отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными.
Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля мини- мально, что способствует повышению качества поверхности отливки. Отлив- ки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок опреде- ляется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы.
Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его мини- мальна и определяется составами огнеупорных покрытий, наносимых на по- верхность рабочей полости, поэтому газовые раковины в кокильных отливках – явление не редкое.
Механизация и автоматизация кокильного литья. В зависимости от серийности производства, массы, размеров, сложности отливок, предъяв-
ляемых к ним требований изменяется степень механизации и автоматизации процесса. Анализ основных операций литья в кокиль показывает, что этот
способ – малооперационный.
При механизации процесса основными операциями являются: раскры- тие и закрытие форм, установка и извлечение стержней, удаление отливок из формы, нанесение огнеупорного покрытия, охлаждение и нагрев формы, за- ливка металла.
При серийном и мелкосерийном производстве крупных отливок эф- фективными оказываются автоматизированные кокильные машины или ме- ханизированные кокили. В массовом и крупносерийном производстве мелких
Л
е к ц
и
я
6
Литье
в кокиль
и литье
под
давлением
и средних отливок более эффективно использование автоматических литей- ных кокильных машин, комплексов, линий.
Основное направление развития производства кокильного литья – комплексная механизация и автоматизация производственных процессов на всех переделах, начиная с подготовки шихтовых материалов и приготовления
жидкого металла, кончая обрубкой, очисткой и складированием готовых от-
ливок, что позволит достичь необходимой эффективности производства.
Преимущества и недостатки литья. К преимуществам метода ли- тья в кокиль можно отнести повышенную размерную точность отливок, вы- сокую производительность процесса, многократность использования литей- ных форм, возможность автоматизации процесса, экономное использование производственных площадей, возможность комбинированного использова- ния кокилей и сложных песчаных стержней, стабильность плотности и структуры отливок, высокие механические и эксплуатационные свойства.
Недостатки литья в кокиль – высокая трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке, вследствие затрудненной усадки.
Дефекты отливок. Общими характерными дефектами отливок при литье в кокиль являются недоливы и неслитины, усадочные дефекты, трещи- ны, шлаковые включения и газовая пористость.
Недоливы и неслитины наблюдаются при низкой температуре распла- ва и кокиля перед заливкой, недостаточной скорости заливки, большой газо- творности стержней и плохой вентиляции какиля;
Усадочные дефекты (раковины, утяжины, пористость) возникают из- за нарушений направленного затвердевания и недостаточного питания мас- сивных узлов отливки, чрезмерно высокой температуры расплава и кокиля, местного перегрева кокиля, нерациональной конструкции литниковой систе- мы.
Трещины появляются вследствие несвоевременного подрыва метал- лического стержня или вставки, высокой температуры заливки, нетехноло- гичности конструкции отливки.
Шлаковые включения образуются при использовании загрязненных шихтовых материалов, недостаточном рафинировании расплава, неправиль- ной работе литниковой системы.
Газовая пористость образуется при нарушении технологии плавки – использовании влажной шихты, перегреве расплава, недостаточном рафини- ровании или раскислении сплава.