СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ. ОСНОВНІ ОПЕРАЦІЇ.

ОБЛАСТЬ ВИКОРИСТАННЯ

Кокіль - металева форма, яка заповнюється розплавом під дією гравітаційних сил. На відміну від разової піщаної форми кокіль може бути використаний багаторазово. Таким чином, сутність лиття в кокілі складається в застосуванні металевих матеріалів для виготовлення багаторазово використовуваних ливарних форм, металеві частини яких складають їх основу і формують конфігурацію і властивості виливки.

Кокіль рис. зазвичай складається з двох напівформ 1, плити 2, вставок 10. Напівформи взаємно центруються штирями 8, і перед заливанням їх з'єднують замками 9. Розміри робочої порожнини 13 кокіль більше розмірів виливки на величину усадки сплаву. Порожнини і отвори в литві можуть бути виконані металевими 11 чи піщаними 6 стрижнями, видобуваються з виливки після її затвердіння і охолодження до заданої температури. Розплав заливають у кокіль через литниковую систему 7, виконану в його стінках, а харчування масивних вузлів виливки здійснюється з прибутків (що живлять випоровши) 3. При заповненні кокіль розплавом повітря і гази видаляються з його робочої порожнини через вентиляційні випори 4, пробки 5, канали 12, що утворюють вентиляційну систему кокіль. Основні елементи кокіль - напівформи, плити, вставки, стрижні т. д. - зазвичай виготовляють з чавуну або сталі. Вище розглянуто кокіль простій конструкції, але в практиці використовують кокілі різних, дуже складних конструкцій.

Основні операції технологічного процесу. Перед заливанням розплаву новий кокіль підготовляють до роботи: поверхню робочої порожнини і роз'єм ретельно очищають від слідів забруднень, іржі, масла; перевіряють легкість переміщення рухомих частин, точність їх центрування, надійність кріплення. Потім на поверхню робочої порожнини і металевих стрижнів наносять шар вогнетривкої покриття облицювання і фарби. Склад облицювань і фарб залежить в основному від заливається сплаву, а їх товщина - від необхідної швидкості охолодження виливки: чим товще шар вогнетривкої покриття, тим повільніше охолоджується виливок. Разом з тим шар вогнетривкої покриття оберігає робочу поверхню форми від різкого підвищення її температури при заливці, розплавлюванні і схоплюванні з металом виливки. Таким чином, облицювання і фарби виконують дві функції: захищають поверхню кокіль від різкого нагріву і схоплювання з відливанням і дозволяють регулювати швидкість охолодження виливки, а значить, і процеси її затвердіння, що впливають на властивості металу виливки. Перед нанесенням вогнетривкого покриття кокіль нагрівають газовими пальниками або електричними нагрівачами до температури 423 - 453 К. Фарби наносять на кокіль зазвичай у вигляді водної суспензії через пульверизатор. Краплі водної суспензії, потрапляючи на поверхню нагрітого кокіль, випаровуються, а вогнетривка складова рівним шаром покриває поверхню.

Після нанесення вогнетривкого покриття кокіль нагрівають до робочої температури, що залежить в основному від складу заливається сплаву, товщини стінки виливки, її розмірів, потрібних властивостей. Зазвичай температура нагріву кокіль перед заливанням 473 - 623 К. Потім у кокіль встановлюють піщані або керамічні стрижні якщо такі необхідні для отримання відливання; половини кокіль з'єднують і скріплюють спеціальними зажимами, а при установці кокіль на кокильной машині за допомогою її механізму замикання, після чого заливають розплав в кокіль. Часто в процесі затвердіння й охолодження виливка, після того як виливок придбає достатню міцність, металеві стрижні <підривають>, тобто частково витягують з виливки до її витягу з кокіль. Це роблять для того, щоб зменшити обтиснення всідаються відливанням металевого стрижня і забезпечити його витяг з виливки. Після охолодження виливка до заданої температури кокіль розкривають, остаточно витягають металевий стрижень і видаляють виливок з кокіль. З виливки вибивають піщаний стрижень, обрізають літники, прибутку, випори, контролюють якість відливання. Потім цикл повторюється.

Перед повторенням циклу оглядають робочу поверхню кокіль, площину роз'єму. Зазвичай вогнетривку фарбу наносять на робочу поверхню кокіль 1 - 2 рази на зміну, зрідка відновлюючи її в місцях, де вона відшарувалася від робочої поверхні. Після цього при необхідності, що частіше буває при лиття тонкостінних виливків або сплавів з низькою жидкотекучестью, кокіль підігрівають до робочої температури, так як за час вилучення виливки і забарвлення робочої поверхні він охолоджується. Якщо ж виливок досить масивна, то, навпаки, кокіль може нагріватися її теплотою до температури більшої, ніж необхідна робоча, і перед наступною заливанням його охолоджують. Для цього в кокіль передбачають спеціальні системи охолодження.

Як видно, процес лиття в кокіль - малоопераціонний. Маніпуляторних операції досить прості і короткочасні, а лімітуючої за тривалістю операцією є охолодження виливка у формі до заданої температури. Практично всі операції можуть бути виконані механізмами машини або автоматичною установки, що є суттєвою перевагою способу, і, звичайно, найголовніше - виключається трудомісткий і материалоемкий процес виготовлення форми: кокіль використовується багаторазово.

Особливості формування і якість виливків. Кокіль - металева форма, що має проти піщаної значно більшою теплопровідністю, теплоємністю, міцністю, практично нульовими газопроникністю і газотворностью. Ці властивості матеріалу кокіль обумовлюють розглянуті нижче особливості його взаємодії з металом виливки.

1. Висока ефективність теплового взаємодії між відливанням і формою: розплав і затвердевающая виливок охолоджуються в кокіль швидше, ніж в піщаній формі, тобто при однакових гідростатичному напорі і температурі заливається розплаву заповнюваність кокіль зазвичай гірше, ніж піщаної форми. Це ускладнює одержання в кокілях виливків зі сплавів з зниженою жидкотекучестью і обмежує мінімальну товщину стінок і розміри виливків. Разом з тим підвищена швидкість охолодження сприяє отриманню щільних виливків з дрібнозернистою структурою, що підвищує міцність і пластичність металу виливків. Однак у виливках з чавуну, одержуваних у кокилях, внаслідок особливостей кристалізації часто утворюються карбіди, феррітографітная евтектика, негативно впливають на властивості чавуну: знижується ударна в'язкість, зносостійкість, різко зростає твердість у вибіленому поверхневому шарі, що ускладнює обробку різанням таких виливків і приводить до необхідності піддавати їх термічній обробці (відпалу) для усунення отбела.

2. Кокіль практично неподатлів у більш інтенсивно перешкоджає усадці виливки, що ускладнює вилучення її з форми, може викликати появу внутрішніх напружень, викривлення і тріщини в відливання.

Проте розміри робочої порожнини кокіль можуть бути виконані значно точніше, ніж піщаної форми. При лиття в кокіль відсутні похибки, викликані розштовхування моделі, пружними і залишковими деформаціями піщаної форми, знижують точність її робочої порожнини й відповідно виливки. Тому виливки в кокілях виходять більш точними. Точність виливків в кокілях зазвичай відповідає 12 - 15-ам квалітетами по СТ РЕВ 145 - 75. При цьому точність по 12-му квалітету можлива для розмірів, розташованих в одній частині форми. Точність розмірів, розташованих у двох і більше частинах форми, а також оформлюваних рухомими частинами форми, нижче. Коефіцієнт точності виливків по масі досягає 0.71, що забезпечує можливість зменшення припусків на обробку різанням.

3. Фізико-хімічна взаємодія металу виливки і кокиля мінімально, що сприяє підвищенню якості поверхні виливки. Відлиття в кокіль не мають пригару. Шорсткість поверхні виливків визначається складами облицювань і фарб, що наносяться на поверхню робочої порожнини форми, і відповідає Rz = 80-18 мкм, але може бути і менше.

4. Кокіль практично газонепроникний, але і газотворность його мінімальна і визначається в основному складами вогнетривких покриттів, що наносяться на поверхню робочої півстіни. Проте газові раковини в кокильном виливках - явище не рідкісне. Причини їх появи різні, але в будь-якому разі розташування виливки у формі, спосіб підведення розплаву і вентиляційна система повинні забезпечувати видалення повітря і газів з кокіль при заливці.

Ефективність виробництва та область застосування. Ефективність виробництва виливків в кокіл', як, втім, і інших способів лиття, залежить від того, наскільки повно і правильно інженер-ливарник використовує переваги цього процесу, враховує його особливості і недоліки і умовах конкретного виробництва. Нижче наведені переваги лиття в кокіль на основі виробничого досвіду.

1. Підвищення продуктивності праці в результаті виключення трудомістких операцій смесепріготовленія, формовки, очищення виливків від пригару. Тому використання лиття в кокілі, за даними різних підприємств, дозволяє в 2 - 3 рази підвищити продуктивність праці в ливарному цеху, знизити капітальні витрати при будівництві нових цехів і реконструкції існуючих за рахунок скорочення необхідних виробничих площ, витрат на обладнання, очисні споруди, збільшити з'їм виливків з 1 м2 площі цеху.

2. Підвищення якості виливки, обумовлене використанням металевої форми, підвищення стабільності показників якості: механічних властивостей, структури, щільності, шорсткості, точності розмірів виливків.

3. Усунення або зменшення обсягу шкідливих для здоров'я операцій вибивки форм, очищення виливків від пригару, їх обрубки, загальне оздоровлення і поліпшення умов праці, менше забруднення навколишнього Середовища.

4. Механізація і автоматизація процесу виготовлення виливки, обумовлена ​​многократностью використання кокіль. Для отримання виливків заданого якості легше здійснити автоматичне регулювання технологічних параметрів процесу. Автоматизація процесу дозволяє поліпшити якість виливків, підвищити ефективність виробництва, змінити характер праці ливарника-оператора, який керує роботою таких комплексів.

Недоліки лиття в кокіль:

1. Висока вартість кокиля, складність і трудомісткість його виготовлення.

2. Обмежена стійкість кокиля, яка вимірюється числом придатних виливків, які можна отримати в даному кокіль. Від стійкості кокиля залежить економічна ефективність процесу.

3. Складність отримання виливків з поднутрениями, для виконання яких необхідно ускладнювати конструкцію форми - робити додаткові роз'єми, використовувати вставки, роз'ємні металеві або піщані стрижні.

4. непіддатливою кокіль призводить до появи у виливках напружень, а іноді до тріщин.

Цей спосіб лиття застосовують як правило в серійних та масових виробництвах.

Ефективність лиття в кокіль зазвичай визначають в порівнянні з литтям в піщані форми. Економічний ефект досягається завдяки усуненню формувальної суміші, підвищенню якості виливків, їх точності, зменшення припусків на обробку, зниження трудомісткості очищення і обдування виливків, механізації і автоматизації основних операцій і, як наслідок, підвищенню продуктивності і поліпшенню умов праці.

Лиття в кокіль слід віднести до трудо-і ресурсозберігаючих, малоопераціонним і маловідходних технологічних процесів, поліпшує умови праці в ливарних цехах і уменьшающим шкідливий вплив на навколишнє середовище.

Класифікація конструкцій кокілів. В залежності від розташування поверхні роз'єму кокілі бувають: нероз'ємні, з вертикальною площиною роз'єму, з горизонтальною площиною роз'єму, зі складною поверхнею роз'єму.

Нероз'ємні, або витрусіть, кокілі застосовують, коли конструкція виливки дозволяє видалити з площини кокіль без його роз'єму.

Кокілі з вертикальною площиною роз'єму складаються з двох і більше напівформ. Відливання може розташовуватися цілком в одній з половин кокіль, у двох половинах кокіль, одночасно в двох половинах кокіль і в нижній плиті.

Кокілі з горизонтальним роз'ємом застосовують переважно для простих по конфігурації, а також великогабаритних виливків.

Кокілі зі складною (комбінованою) поверхнею роз'єму використовують для виготовлення виливків складної конфігурації.

Залежно від способу охолодження розрізняють кокілі з повітряним, рідинним і з комбінованим охолодженням. Повітряне охолодження використовують для малотеплонагруженних кокілів. Водяне охолодження використовують зазвичай для високотеплонагруженних кокілів, а також для підвищення швидкості охолодження виливки або її окремих частин.

До основних конструктивних елементів кокілів відносять:

Формотворчих елементи - половини кокілів, нижні плити, вставки, стрижні, конструктивні елементи - виштовхувачі, плити виштовхувачів, замикаючі механізми, системи нагрівання та охолодження кокіль і окремих його частин, вентиляційну систему, центруючі штирі і втулки.

Корпус кокіль або його половини виконують коробчатим, з ребрами жорсткості. Товщина стінки кокіль залежить від складу заливається сплаву і його температури, розмірів і товщини стінки виливки, матеріалу, з якого виготовляється кокіль, конструкції кокіль. Товщина стінки кокіль повинна бути достатньою, щоб забезпечити заданий режим охолодження виливки, достатню жорсткість кокіль і мінімальне його викривлення при нагріванні теплотою залитого розплаву, стійкість проти розтікання.

Стрижні в кокілях можуть бути піщаними і металевими. Піщані стрижні для кокильном виливків повинні мати зниженою газотворностью і підвищеною поверхневою міцністю. Перша вимога обумовлена ​​труднощами видалення газовіз кокіль; друге - взаємодією знакових частин стрижнів з кокилем, в результаті чого окремі піщинки можуть потрапити в порожнину кокіль і утворити засмічення в відливання. Стрижневі суміші та технологічні процеси виготовлення піщаних стрижнів можуть бути різними.

Металеві стержні застосовують, коли це дозволяє конструкція виливки і технологічні властивості сплаву. Використання металевих стрижнів дає можливість підвищити швидкість затвердіння виливки, скоротити тривалість циклу її виготовлення. Однак при використанні металевих стрижнів зростають напруги в виливках, можлива поява тріщин.

Вентиляційна система забезпечує спрямоване витіснення повітря з кокіль розплавом. Для виходу повітря використовують відкриті випори, прибутку, зазори по площині роз'єму і між рухомими частинами кокіль і спеціальні вентиляційні канали. У місцевих заглибинах форми при заповненні їх розплавом можуть утворюватися повітряні мішки. У цих місцях в стінці кокіль встановлюють вентиляційні пробки. При виборі місця установки вентиляційних пробок необхідно враховувати послідовність заповнення форми розплавом.

Центрирующие елементи - контрольні штирі і втулки - призначені для точної фіксації половинок кокиля при його складанні. Зазвичай їх кількість не перевищує двох. Їх розташовують у діагонально розташованих кутах кокіль.

Замикаючі механізми призначені для запобігання розкриття кокіль і виключення прориву розплаву за його роз'єму при заповненні, а також для забезпечення точності виливків.

Системи нагрівання й охолодження призначені для підтримки заданого температурного режиму кокіль. Застосовують електричний та газовий обігрів. Перший використовується для загального нагріву кокіль, другий більш зручний для загального і місцевого нагріву.

Виливки з алюмінієвих сплавів

Ливарні властивості. Ливарні алюмінієві сплави поділяються на п'ять груп. Найкращими ливарними властивостями володіють сплави 1 групи - силуміни. Вони мають гарну волого текучість, невелику (0.9-1%) лінійну усадку, стійки до утворення тріщин, досить герметичні. Ці сплави схильні до утворення грубої грубозернистої евтектики в структурі виливки і розчиненню газів.

Сплави 2 групи - мідисті силуміни. Ці сплави мають досить хорошими ливарними властивостями і більш високою міцністю, ніж силуміни, менш схильні до утворення газової пористості у виливках.

Сплави 3 - 5 груп мають гірші ливарні властивості - знижену жидкотекучесть, підвищену усадку (до 1.3%), схильні до утворення тріщин, рихлот і пористості у виливках. Отримання відливок з цих сплавів вимагає суворого дотримання технології режимів, забезпечення хорошого заповнення форми, харчування виливків при затвердінні.

Вплив кокиля на властивості виливків. Інтенсивне охолодження розплаву виливків в кокіль збільшує швидкість її затвердіння, що сприятливо впливає на структуру - подрібнюється зерно твердого розчину, евтектики і вторинних фаз. Структура силумінів, відлитих в кокіль, близька до структури модифікованих сплавів; знижується небезпека появи газової і газоусадочной зменшується шкідливий вплив заліза та інших домішок. Це дозволяє допускати великий вміст заліза в алюмінієвих відливках, одержуваних у кокилях, в порівнянні з виливками в піщані форми. Все це сприяє підвищенню механічних властивостей виливків, їх герметичності.

Кокілі для лиття алюмінієвих сплавів застосовують масивні, товстостінні. Такі кокілі мають високу стійкість і велику теплову інерцію: після нагріву до робочої температури вони охолоджуються повільно.

Становище виливки у формі повинно сприяти її спрямованого твердіння: Тонкі частини виливки мають внизу, а масивні вгорі, встановлюючи на них прибутку і живлять випори.

Літніковая система забезпечує спокійне, плавне надходження розплаву в порожнину форми, надійне уловлювання окисних плівок, шлакових включень та запобігти їх утворення в каналах ливникової системи і порожнини кокіль, сприяти спрямованого твердіння і харчуванню масивних вузлів виливки.

Використовують літноковие системи з приводом розплаву зверху, знизу, збоку, комбіновані і ярусні.

Для одержання якісних виливків швидкість руху розплаву повинна убувати від перерізу стояка до живильника. Тому для виливків з алюмінієвих сплавів застосовують розширювані ливникові системи із співвідношенням:

fс: fк: fп = 1: 2: 3 або 1: 2: 4, де fс: fк: fп - площі поперечного перерізу стояка, колектора, живильника.

Для великих (50 - 70 кг) і високих (750 мм) виливків fс: fк: fп = 1: 3: 4 або 1: 3: 5.

Технологічні режими лиття призначають залежно від властивостей сплаву, конфігурації виливки і висунутих до неї вимог. Для регулювання швидкості відводу теплоти від різних частин виливки товщину й властивості вогнетривких покриттів в різних частинах кокиля часто роблять різними. Для фарбування в цих випадках використовують трафарети. Поверхні каналів ливникової системи покривають більш товстим шаром фарб зі зниженою теплопровідністю, а поверхні прибуткових частин іноді оклеивают тонколистовим азбестом. Тривалість витримки виливки в кокіль призначають з урахуванням її розмірів і маси. Зазвичай виливки охолоджують у формі до температури 650 К. Тривалість охолодження виливки до температури вибивки визначають розрахунком за спеціальними формулами і остаточно коректують при доведенні технологічного процесу.

Лиття в кокіль є одним з найбільш широко застосовуваних видів литва в даний час. Через автоматизації технологічного процесу, лиття в кокіль стає найбільш економічно вигідним при виготовленні великих партій виливків або початку серійного виробництво конкретної деталі.