10.2.2. Литье в многократные (металлические) формы.

Технологии литья в металлические формы широко используется в промышленности. Они применимы для всех литейных сплавов. При этом достигается высокая стойкость литейной оснастки – тысячи заливок, т.е. отпадает необходимость приготовление форм для каждой детали. Резко сокращается расход формовочных и стержневых смесей или они вообще не применяются.

Литье в металлические формы позволяет получать высокое качество поверхности и точные размеры отливок. Это сокращает трудоемкость последующей механообработки, более того, возможно получение готовых деталей, не требующих дополнительной обработки. Литьем в металлические формы возможно получение отливок сложной конфигурации, тонкостенных.

Высокая теплопроводность металла и, таким образом механических литейных форм, определяет быстрое охлаждение отливок (по крайней мере, их поверхностных слоев), это обеспечивает получение мелкозернистой структуры и, таким образом, высоких механических свойств.

Перед заливкой расплавленного металла металлические формы специально подготавливаются: их необходимо нагреть (или охладить для повторной заливки) до ~ 300°С, на рабочие поверхности нанести огнеупорные покрытия (выбирают в зависимости от химического состава заливаемого сплава, в их состав входят графит или песок - огнеупоры, связующее). Это повышает стойкость формы и снижает скорость охлаждения отливок, чтобы предотвратить трещины.

Технологии обработки отливок после их изъятия из формы (извлечение стержней, очистка при необходимости и т.п.) при литье в металлические и песчаные формы аналогичны.

Изготовление отливок в металлических формах осуществляется различными способами. Наибольшее распространение получили литье в кокиль, под давлением и центробежное. Следует отметить, что металлические литейные формы предназначены только для одной детали (некоторое исключение – центробежное литье), поэтому их применении целесообразно в условиях крупносерийного, массового производства.

Литье в кокиль. Кокиль – это металлическая литейная форма. Расплавленный металл в кокиль заливают свободной заливкой.

По конструктивному признаку кокили делятся на неразъемные - для производства отливок простой конфигурации; разъемные –– для более сложных отливок.

Основные детали кокиля — полуформы, поддоны обычно изготовляют из чугуна, стали или алюминиевых сплавов (последние для литья легкоплавких сплавов). Полости в отливках получают с помощью стержней, используют металлические (многоразовые), возможно также применение и песчаных (одноразовых) стержней.

Рабочую поверхность кокиля образуют поддон (1), две симметричные полуформы (2,3) и металлический стержень (4) (рис. 1.4а). При раздвинутых полуформах на металлический стержень устанавливают песчаный стержень (6) (рис. 1.4б). После этого полуформы кокиля соединяют и заливают расплав (рис. 1.4в).

После затвердевания и охлаждения отливки (7) (рис. 1.4г) кокиль раскрывают и вытягивают металлический стержень (4) (рис. 1.4д), а затем удаляют отливку из кокиля (рис. 1.4е).

Литьем в кокиль получают отливки из черных и цветных металлов и сплавов, разнообразной конфигурации, с толщиной стенок от 3 до 100 мм. Технологию применяют практически во всех отраслях машиностроения (изготовления корпусов приборов, деталей двигателей внутреннего сгорания и др.).

Литье под давлением принципиально отличается от литья в кокиль тем, что заливка расплавленного металла в форму и формирование отливки осуществляется под давлением (при литье в кокиль - свободная заливка металла). Литье под давлением производят на специальных машинах.

Литье под давлением позволяет получить уникальные отливки – тонкостенные, с толщиной стенок от 0,8мм, с отверстиями малых диаметров до 1мм. Недостаток высокая стоимость и недостаточная стойкость пресс-форм, особенно при получении отливок из сплавов с высокой температурой плавления.

Центробежное литье. Формирование отливки происходит под действием центробежных сил. По этой технологии расплавленный металл свободно заливают во вращающиеся формы, в результате получают отливки, конфигурация которых - тела вращения.

Для центробежного литья применяют машины с горизонтальной и вертикальной осью вращения.

В машинах с горизонтальной осью вращения (рис. 1.5) расплавленный металл из ковша (1) заливают по желобу (2) во вращающуюся форму (3). Частота вращения 200…400 об/мин. Попадая на цилиндрические стенки формы, жидкий металл образует полую цилиндрическую отливку (4), которую после затвердевания извлекают из формы. На таких машинах получают детали и заготовки, у которых длина (высота) заметно превосходит диаметр - трубы, втулки, гильзы.

На машинах с вертикальной осью вращения получают отливки, у которых диаметр больше высоты: кольца, венцы зубчатых колес.

При центробежном литье не требуется изготовления стержней, при заливке из ковша отсутствует литниковая система, т.е. уменьшается расход металла. Эта технология позволяет получить биметаллические заготовки. Процесс легко автоматизируется.