Литье в металлический кокиль

Литье в кокиль фасонных отливок, по сравнению с литьем в песчаные формы, имеет следующие преимущества:

• производительность труда литейщиков повышается в 1,5 — 6 раз;
• увеличивается  использование формовочной  площади  в 2—6 раз;
• достигается   большая   стабильность   технологического   процесса и улучшается, внешний   вид  отливок;
• повышается точность отливок и идентичность их размеров;
• увеличивается выход годного литья на 8 — 22%, за счет уменьшения припусков  на  механическую  обработку;
• устраняются операции переработки и транспортировки формовочных смесей.
• себестоимость продукции снижается на 15— 20% за счет уменьшения расхода, на материалы, заработную плату и начислениям.
• отливки получаются с более плотной структурой;
• значительно улучшаются санитарно-гигиенические условия труда.

Однако кокильное литье применяется в производстве довольно редко, что объясняется рядом причин технического и экономического порядка:

• Большой   первоначальной   стоимостью оснастки,   недостаточной стойкостью кокилей.
• Для получения существенного экономического эффекта от применения необходимы большие серии отливок.

Материал кокилей

Поверхность рабочей части кокиля подвергается воздействию высоких температур при соприкосновении ее с расплавленным металлом. При заливке металла имеет место быстрый нагрев, а после удаления отливки охлаждение. Таким образом, материал кокилей должен обладать достаточной теплопрочностью, противостоять разгару и короблению. Этим требованиям больше всего удовлетворяет серый чугун; сталь применяется реже. Чугунные формы могут быть изготовлены литьем с минимальной механической обработкой.

Для кокилей применяются чугуны перлито-ферритной структуры без следов структурно свободного цементита. Количество феррита в структуре не должно превышать 5—10%. Ответственные части кокиля изготовляются из сталей ЗОХГСА, 35ХГС, металлические стержни — из сталей У7, У10 и 30ХГСА.

В зарубежной практике получили распространение кокиля из алюминия для литья не только легких сплавов, но чугуна и сталей. Отливки в этом случае имеют лучшую структуру и более чистую поверхность. В них, как правило, отсутствуют усадочные напряжения.

Внутренняя поверхность алюминиевого кокиля анодируется; это предохраняет алюминий от сплавления с жидким металлом и увеличивает стойкость кокиля. Перед заливкой рабочая поверхность кокиля опрыскивается защитной жидкостью, например силлиманитом.

Cтержни в алюминиевых кокилях часто делаются также из алюминия. Кокиля из чугуна отливаются по гипсовым или деревянным моделям в разовую форму.

Кокиля изготовляются различными методами. Сначала готовится модель, которая может быть с припусками на механическую обработку или без припуска в зависимости от характера будущей отливки. Модели изготовляются деревянные, гипсовые или металлические. Отливка в сырые формы допустима только для простых кокилей. Отливка в сухие формы обеспечивает получение более чистой поверхности я относительно сложных контуров кокилей. Отливка в стержнях применяется для кокилей сложной конфигурации. Отливка кокилей методом заливки на металлическую плиту, а также в кокиль допустима для форм с очень несложным внутренним профилем. Отливкой под прессовым давлением можно обеспечить получение хороших кокилей при высоком удельном давлении на металл. Изготовление кокилей центробежным способом, а также по выплавляемым моделям обеспечивает получение точных контуров кокилей.

Кокильные отливки должны отвечать следующим требованиям:

• толщина стенки отливки должна быть достаточной, чтобы форма целиком заполнилась жидким металлом при нормальном технологическом режиме;
• отливки должны легко удаляться из формы при минимальном количестве   прямолинейных разъемов;
• у отливок не должно быть резких переходов от толстых стенок к тонким, большого количества выступающих частей, углублений и острых внутренних  углов.

Определение   плоскости  разъема форм

Кокили в зависимости от плоскости разъема можно разделить на следующие типы:  неразъемные (вытряхные), с горизонтальной плоскостью разъема, с вертикальной плоскостью разъема с комбинированной плоскостью разъема.

Расположение отливок в кокилях

При выборе расположения отливок в кокиле необходимо обеспечить спокойное движение металла в литниковой системе и полости формы, а также удаление газа и воздуха при заполнении формы. В кокиле можно расположить одну или несколько отливок в зависимости от их размеров и конфигурации.

Предупреждение коробления кокилей

Во время работы кокиль разогревается неравномерно, вследствие чего возникают растягивающие и сжимающие усилия, приводящие к образованию внутренних напряжений и короблению кокиля. Существует несколько примеров расчета коробления, однако они дают приближенные результаты.

Для уменьшения коробления кокили подвергают термической обработке, изготовляют с ребрами жесткости, прикрепляют к специальным рамам или плитам и т. п.

Способы крепления полуформ

Половинки кокилей крепятся на заливочном станке различными способами; непосредственно к бабке станка, к плитам или же с помощью цапф, опирающихся на специальные подставки.

Способы   центрирования  кокилей

Для центрирования половинок кокилей при их спаривании применяются  штыри  или  направляющие  втулки.

Конструкция знаков стержней

Для получения внутренней полости в отливке, а также сложных по конфигурации наружных частей используются сухие и сырые стержни. В отдельных случаях их заменяют металлическими вкладышами и стержнями. Также применяют пустотелые (оболочковые) стержни из песчано-смоляных смесей. Сырые стержни применяются преимущественно в тех случаях, когда от них требуется большая податливость.

Способ крепления стержней в кокиле определяется конструкцией стержневых знаков. Вентиляция    кокилей удаление воздуха и газов из кокилей осуществляется через зазоры (щели) соприкасающихся плоскостей отдельных частей (между отъемными частями формы, между толкателями и формой и между знаками стержней и формой, а также через специально предусмотренные каналы.

Подогрев и охлаждение кокилей

Скорость охлаждения отливки в кокиле можно регулировать различными способами: изменением толщины стенок кокиля, увеличением поверхности теплоотдачи, применением теплоизоляционных покрытий, подогревом отдельных частей формы, электронагревателями или, наоборот, искусственным их охлаждением. Эти способы дают возможность улучшать наполняемость металлом тонкостенных участков отливки, устранять брак по неслитинам, уменьшать термические напряжения и коробление отливки, предотвращать появление горячих и холодных трещин.

Температуру нагрева кокиля измеряют пластинчатой термопарой. Для приблизительного определения температуры можно пользоваться мыльным карандашом, след которого на горячей поверхности формы получает различную окраску (от желтого при 250 градусах до темно коричневого и черного при температуре 400 и более градусов).

Скрепление частей кокилей

Для предупреждения прорыва металла при заливке в разъем формы половинки последней скрепляются с помощью различных устройств. На станках и машинах надежное запирание формы обеспечивается пневматическим или гидравлическим цилиндром, для больших по габаритам кокилей применяют более надежные в работе — рычажные запоры.

Литниковая система

Выбор конструкции и расчет литниковой системы для, кокильных форм имеют твои особенности, так как кокильная форма обладает большой теплопроводностью и практически газонепроницаема. Поэтому процесс выбора способа заполнения  формы   очень   важен для  получения   высококачественной отливки.

При литье в кокиль применяется подвод металла сверху, снизу сбоку. При литье легких сплавов целесообразно применение расширяющейся литниковой системы. При заливке металла через прибыль в кокильном литье из алюминиевых сплавов с успехом применяются металлические сетки позволяющие отбивать прибыли во время остывания отливки. Сетка делается из листовой стали Марки Ст. 3 толщиной 3—5 мм путем высверливания сквозных отверстий диаметром 5—7 мм. Для предотвращения закупоривания отверстий сплавом при отделении сетки от отливки их рассверливают с обеих сторон сверлом большого диаметра сетку вместе с прибылью отбивают от отливки в тот момент, когда в отливке под сеткой уже закончен процесс затвердевания сплава, а в прибыли сплав находится в красноломком состояний. Сетки свободно отделяются от прибыли и отливки и выдерживают несколько сот заливок.

Для лучшего отделения и удлинения срока службы сеток рекомендуется покрывать их два раз в смену краской, составленной из 250 г мела в порошке, 250 г черного графита. 100 г жидкого стекла и 1 л воды.

Облицовочные покрытия

Для увеличения долговечности кокилей применяют два типа покрытия — огнеупорные облицовки и краски. Формы покрываются 2—3 раза в смену огнеупорной облицовкой слоем толщиной 0,1—1 мм и более, а красками они покрываются перед каждой заливкой.