Кокильное литье алюминия

Литье в кокиль

Литье в кокиль – это технологический процесс изготовления отливок путем заливания металлического расплава в многооборотные формы, выполненные из металла (сталь, чугун и пр.). Эту форму называют кокиль.

Процесс литья в кокиль

Перед началом литья в кокиль металлического расплава необходимо выполнить операции технологического процесса по подготовке его к работе. Эта работа выполняется в несколько этапов.

  1. Поверхности кокиля и место стыков полуформ необходимо очистить от загрязнений, коррозии, масел.
  2. Выполняют проверку подвижности перемещающихся деталей, точность их установки и надежность крепления на местах для этого предназначенных.
  3. На этом этапе поверхности формы смазывают огнестойкими материалами. В этом качестве применяют специальные краски и смазки.

Технологический процесс литья в кокиль

Веществ, которые применяют при облицовке кокиля, зависят от марки заливаемого состава. Толщина покрытия зависит от необходимой скорости охлаждения отлитой заготовки. То есть, чем больше слой наносимой облицовки, тем заготовка будет медленнее охлаждаться. Огнестойкий слой призван решить еще одну задачу в процессе этого литья – обеспечить сохранность формы от скачка температуры во время заливки металла, а также оплавления ее частей и их схватывания с расплавом. В состав огнеупорной облицовки могут входить следующие материалы – кварц, глина, жидкое стекло, графит.

Процесс отлива в кокиль

Перед началом заливки металла форму прогревают до температуры порядка 200 градусов. Эта температура определяется маркой заливаемого металла и габаритов отливки.

Конструктивные особенности кокиля

Кокиль для литья – это многооборотная форма, изготавливаемая из металла. Несмотря на то что в такие формы могут использовать для получения отливок разных форм, их принципиальная конструкция одинакова. В состав кокиля для литья входят полуформы, плита, различные вставки и литейные стержни. С помощью последних, происходит формирование отливки. Для его центрирования и соединения применяют штыри. Непосредственно перед началом заливки полуформы фиксируют с помощью специальных замков. Металлический расплав подают в форму через систему литников.

Литье в металлические формы (кокиль)

По мере заполнения кокиля излишки воздуха выводятся через воздуховодные каналы.

В литейном производстве применяют и другой вид форм – их называют вытряхными. Эти формы отличаются тем, что они неразъемные и применяются для отливок простой формы.

Процесс изготовление кокиля и используемые материалы

При изготовлении кокилей проектировщик должен руководствоваться марками сплава, которые будут заливаться в изготавливаемую форму. Разумеется, он должен учитывать и размер деталей, получаемых в результате литья в эту оснастку.

Так, при изготовлении деталей с небольшими габаритами из цветных металлов, чугуна и некоторых других материалов рекомендуется использовать для производства литейных форм серые чугуны 20 или 25. Для производства кокилей применяют и другие виды материалов. Надо отметить, что чем прочнее материал, например, сталь 15Л, тем выше стойкость формы. Для определенных марок металла формы производят из алюминия, но перед эксплуатацией этих кокилей рабочие поверхности анодируют.

Производство кокилей выполняют на оборудовании объемной штамповки. Но современное оборудование, работающее под управлением компьютера, например, токарно-фрезерный центр позволяет производить особо точные формы.

Преимущества и недостатки литья в кокиль

Литье этого типа, как и многие технологические процессы, обладают и преимуществами, и недостатками. Можно сравнить литье в кокильную оснастку с литьем в песчаные формы.

К основным преимуществам можно отнести то, что литье в металлические формы отличается от всех остальных качеством получаемых деталей, в частности, точностью. Применение песочных стержней позволяет выполнять отливки сложной формы.

Использование металлических кокилей позволяет повысить производительность труда на литейном производстве. Это обусловлено тем, что из производства исключены такие операции, как приготовление литьевой смеси, и чистки отливок.

Использование такого типа литья позволяет уменьшить припуски на дальнейшую механическую обработку. Такой подход позволяет снизить себестоимость готового изделия.

Такое свойство кокилей, как оборачиваемость позволяет механизировать процессы литья и последующей обработки отливок. Например, операция сборки этой оснастки может быть легко автоматизирована. Кроме того из процессов исключены факторы, которые могут отрицательно сказаться на качестве отливок, например, газопроницаемость смеси. Автоматизация литейных процессов регулировать технологические режимы литейных процессов, что приводит к изменению характера труда оператора литейного комплекса и повышению его безопасности.

Между тем при множестве достоинств литье этого класса имеет и ряд недостатков.

Кокиль обладает высокой стоимостью, это является следствием его конструктивной сложности и и высокой трудоемкости производства. Особенно это относится к оснастке, в которые отливают детали сложной геометрической конфигурации.

Литейная оснастка такого типа имеет ограниченную стойкость. Стойкость оснастки определяется количеством качественных отливок. При снижении качества, его просто направляют в утилизацию. Стойкость – это ключевой экономический показатель литья. Над повышением стойкости форм этого класса работают производители и проектировщики оборудования для литья в формы этого типа по всему миру.

Литье сплава в кокиль

Интенсивность охлаждения отливок в кокиле существенно выше, чем в песчаных или земляных оснастках. Это приводит к тому, что ограничена возможность изготовления отливок с тонкими стенками.

Поскольку эти оснастки не обладает достаточной податливостью – это может привести к появлению в отлитых деталях внутренних напряжений. Которые потом устраняют с помощью термообработки.

Область применения

Кокильное литье широко используют для производства отливок из черных и цветных металлов. На автоматизированном оборудовании, предназначенном для этой обработки металлов допустимо литье алюминия в кокиль, но при этом вес отливки не должен превышать 30 кг.

На неавтоматизированном оборудовании допустимо литье чугуна в кокиль, при этом масса отливки не должна превышать 12 тонн.

Этапы литья в кокиль

Сложно найти промышленную отрасль, в которой не применяют литье в кокиль. Эта технология позволяет изготавливать широкий круг деталей из различных металлов. Например, на электротехнических заводах их применяют для отливки деталей электрических машин, на предприятиях, которые выпускают силовые установки для автомобилей, эту технологию применяют для производства головок блока цилиндров или картеров защиты.

Кокильная литейная машина

Практика показывает, что чаще всего литье этого типа применяют в отношении алюминия и его сплавов. На втором месте стоит чугун и на третьем сталь.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оборудование литейного производства для кокильного литья

Что такое литье в кокиль

Кокиль (фр. coquille — раковина) — это толстостенная металлическая форма. Ее применяют, когда необходимо изготовить много одинаковых отливок Кокильным литьем называют процесс производства фасонных отливок в многоразовых металлических формах.

Литье в многоразовые формы-кокили существует довольно давно и можно привести пример их использования белорусскими ювелирами Берестья (рис 1).

Рис. 1. Тигель и кокиль для отливки украшений (из раскопок древнего Берестья)

Формы могут быть изготовлены из чугуна, стали, сплавов алюминия и других сплавов. Они широко применяются для производства отливок (сотен и тысяч штук) массой от 0,5 кг до 15 т из чугуна, стали и цветных металлов. При этом способе производства внутренние полости получают с помощью обычных песчаных и металлических стержней.

Среди важнейших особенностей кокильного литья необходимо отметить следующие:

  • получение плотных герметичных отливок без усадочных раковин;
  • минимальная толщина стенок отливок из алюминиевых и магниевых сплавов 3. . . 4 мм, чугуна — 6 мм, стали — 8. . .10 мм;
  • высокая производительность процесса;
  • удовлетворительная геометрическая точность отливок;
  • потребность в относительно небольших производственных площадях;
  • минимальная потребность в обслуживающем персонале;
  • минимальная потребность во вспомогательных технологических материалах.

Недостатки:

  • вследствие быстрого охлаждения заливаемого металла стенками кокиля ухудшается его жидкотекучесть;
  • быстрое охлаждение чугунных отливок в кокилях вызывает отбел поверхности и повышает ее твердость;
  • высокая теплопроводность металлических форм затрудняет получение сложных тонкостенных отливок больших габаритов;
  • высокая стоимость металлических форм

Стойкость чугунных кокилей составляет 1000. . . 5000 шт. при производстве мелких и средних чугунных отливок и 50. . .500 шт. — при производстве крупных отливок Стойкость стальных кокилей при производстве алюминиевого литья достигает 50 000 отливок

1. Виды кокилей

В зависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные, с вертикальной плоскостью разъема, с горизонтальной плоскостью разъема, со сложной поверхностью разъема, створчатые, с параллельным разъемом, с несколькими разъемами.

Кокили с вертикальной плоскостью разъема состоят из двух и более частей. Отливка может располагаться целиком в одной из половин кокиля, в двух половинах, одновременно в двух половинах и в нижней плите.

Кокили с горизонтальным разъемом применяют преимущественно для простых по конфигурации, а также крупногабаритных отливок.

Кокили со сложной (комбинированной) поверхностью разъема используют для изготовления отливок сложной конфигурации.

Неразъемные, или вытряхные, кокили применяют, когда конструкция отливки позволяет удалить ее из плоскости кокиля без его разъема. На рис. 2 показан вытряхной кокиль 5 для изготовления опорного катка Внутренняя полость формы воспроизводит наружную поверхность катка Отверстие в отливке и внутренняя полость получаются с помощью песчаных стержней 4 и 2, последний из которых перекрывает верхнюю часть формы В стержнях 1, 2, 4 размещена литниковая система, состоящая из литниковой чаши, стояка, литникового канала, подающего металл в отливку, и двух прибылей.

Читать еще:  Как загнуть алюминиевую трубу в домашних условиях

Рис. 2. Вытряхной кокиль для отливки опорного катка

Для извлечения отливки кокиль на цапфах 3 поворачивают на 180°, и отливка вместе со стержнями вытряхивается из кокиля.

Кокиль с горизонтальной плоскостью разъема состоит из нижней 1 и верхней 2 частей, стержня 3 и выталкивателей 4 (рис. 3) . Отливка извлекается после разделения верхней и нижней частей с помощью выталкивателей.

Рис. 3. Кокиль с горизонтальным разъемом

В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным, жидкостным и комбинированным охлаждением.

2. Кокильные машины

В настоящее время наиболее часто принято разделять кокильное оборудование на однопозиционное и многопозиционное. Самые сложные отливки из черных и цветных сплавов в серийном и массовом производстве позволяет получать машина модели 82А305 с пятью приводами частей кокиля (рис. 1. 28) . Она имеет две подвижные плиты 4 и 6, механизм 8 боковой торцевой подвижной плиты, поддон 5 с приводом нижнего стержня, механизм верхнего стержня 1, манипулятор 7 для снятия отливок, пульт управления 2, установленные на общей станине 3. Механизм верхнего стержня предназначен для ввода, подрыва (частичного извлечения стержня из отливки до ее извлечения из кокиля) и подъема верхнего металлического стержня, а также для отвода плит верхнего стержня для осмотра и обслуживания и ввода манипулятора снятия отливок, перемещающего их в короб или на транспортер. Механизмы верхнего стержня и торцевой плиты имеют по два упора для разгрузки их от усилий подрыва. Гидропривод имеет дополнительную аппаратуру для подключения до двух гидроцилиндров. Каждая из двух основных подвижных плит имеет по два выталкивателя. При отсутствии у некоторых машин направляющих между основными плитами на них можно устанавливать ко- кили, выходящие за габариты плит. Более простые конструкции машин с меньшим количеством приводов частей кокиля позволяют получать только несложные отливки.

Время холостого цикла кокильных машин с увеличением сложности, т. е. числа подвижных частей, возрастает с 10 до 60 с.

Рис. 4. Схема и общий вид кокильной машины модели 82А305 без кокиля

Машина типа 82А305 имеет четыре модификации:

  • с одной подвижной плитой;
  • с двумя подвижными плитами и поддоном 5 с нижним стержнем (см. рис. 4, фотография);
  • с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем и плитой верхнего стержня;
  • с двумя подвижными плитами, поддоном с нижним стержнем, плитой верхнего стержня и плитой торцевого стержня (см рис 1 28, схема)

В процессе работы машина выполняет выталкивание отливки из основных плит, выталкивание отливки из поддона, подрыв стержней с увеличенным усилием, поворот верхнего стержня для удобства снятия отливки и установки кокиля, снятие отливки манипулятором, входящим в комплект машины, и охлаждение всех частей кокиля. Очистка и нанесение огнеупорного покрытия на рабочую поверхность кокиля выполняются по заданной программе на определенных позициях и регулируются по времени.

Однопозиционные машины могут работать в полуавтоматическом режиме и с заливочно-дозирующими устройствами, а также встраиваться в автоматические линии Они имеют регулируемое водяное охлаждение частей кокиля.

Однопозиционная машина для литья в кокиль модели 4953 (рис. 5) позволяет заливать от 20 до 100 кг алюминиевого сплава. Машинное время цикла составляет 60 с. Усилие раскрытия кокиля 300 кН. Ход подвижной плиты 250 мм. Предназначена для получения отливок массой от 15 до 95 кг.

Для лучшего заполнения формы используют машины с поворачивающимся или наклоняемым кокилем. Угол поворота составляет 15. . .180° . Выпускаются машины поворотные, такие как 82105П, с одной подвижной и одной неподвижной плитой, установленной на раме, которая двумя гидроцилиндрами может поворачиваться относительно горизонтальной оси, перпендикулярной к траектории подвижной плиты, на угол до 90° . Это повышает удобство установки песчаных стержней при горизонтальном расположении разъема, облегчает заливку металла за счет его благоприятного расположения А извлекать отливки при вертикальном разъеме можно под действием силы тяжести.

Рис. 5. Машина модели 4953 для литья в кокиль

Специальные поворотные кокильные машины (рис. 6) используются для производства крупногабаритных протяженных отливок из алюминиевых сплавов методом самозаполнения кокиля, как и устройства с горизонтальным разъемом. Эта машина обеспечивает работу в полуавтоматическом режиме с производительностью до 10 отливок в час. Кокиль, установленный на ней, имеет горизонтальный разъем.

Рис. 6. Кокильная машина с поворотным столом

Рис. 7. Карусельная кокильная машина производства завода «Кузлитмаш» (г. Пинск)

Многопозиционные (карусельные) машины (рис. 7) отличаются от однопозиционных высокой производительностью (100— 200 заливок в час) и применяются в цехах крупносерийного и массового производства. Они применяются для производства фасонных отливок из алюминиевых сплавов. Конструкция этих машин обеспечивает такую организацию производства, при которой рационально используется плавильно-заливочное оборудование (дозаторы), облегчаются и упрощаются транспортировка, складирование и установка песчаных стержней в кокиль, улучшается система удаления и охлаждения готовых отливок. Модель 4932, разработанная НИИлитавтопромом (Минск), имеет на поворотном столе четыре позиции, на каждой из них установлена кокильная секция с двумя подвижными плитами размером 500 х 400 мм и механизмом нижнего стержня (или выталкивания отливки) Машина предназначена для производства мелких и средних отливок в кокиле с вертикальным разъемом. К секциям подводятся масло (для гидроцилиндров плит и стержня), вода (для охлаждения кокиля) и газ (для подогрева кокиля)

Кокильные комплексы позволяют автоматизировать литейный процесс и состоят (например, кокильный комплекс для литья поршней двигателей внутреннего сгорания) из двух однопозиционных кокильных машин, двух механизмов снятия отливок с устройствами охлаждения отливок на лотке, гидростанции и электрошкафа.

Производительность такого комплекса зависит от размера и конструкции поршня и при изготовлении поршня бензиновых двигателей диаметром до 100 мм составляет до 70 отливок в час.

Кокильные машины с одной подвижной и одной неподвижной плитами моделей предназначены для литья черных и цветных сплавов в кокиль с вертикальной плоскостью разъема в серийном и массовом производстве. Подвижная плита перемещается двумя гидроцилиндрами по диагонально расположенным направляющим. Обе плиты снабжены выталкивателями. Насосная установка имеет гидропневмоаккумулятор и позволяет подключать дополнительно два гидроцилиндра (например, для извлечения стержней) к имеющимся гидрораспределителям. Машины могут работать в полуавтоматическом режиме и с заливочно-дозирующими устройствами, а также встраиваться в автоматические линии Они имеют регулируемое водяное охлаждение частей кокиля.

Разновидностью кокильного литья является центробежное литье. В этом случае литейная форма (кокиль) во время заливки вращается относительно горизонтальной или вертикальной оси. Заливаемый металл центробежными силами отбрасывается на периферию формы, что позволяет получать полые отливки без применения стержней.

Литье в кокиль — точная технология производства отливок из алюминия.

Литье в кокиль (многоразовую металлическую форму) – это достаточно дорогостоящая, но проверенная и точная литейная технология, применяемая Компанией «ПРАКТИК плюс» при производстве отливок из алюминиевых сплавов.

Несмотря на высокую первоначальную стоимость оснастки, технология литья в кокиль имеет ряд основных преимуществ, по сравнению с другими технологиями, а именно:

  1. отливки получают с более плотной структурой;
  2. значительно улучшается внешний вид отливок и чистота поверхности;
  3. повышается точность отливок и идентичность их размеров;
  4. уменьшается металлоемкость отливки и стоимость механической обработки за счет уменьшения литейных припусков;
  5. увеличивается выход годного литья;
  6. устраняются операции с формовочными смесями;
  7. при крупносерийном производстве снижается себестоимость продукции;
  8. значительно повышается производительность труда литейщиков.

Для изготовления кокилей специалисты «ПРАКТИК плюс» в основном применяют серый или высокопрочный чугун, а также углеродистые или легированные стали. Серый чугун, применяемый для кокилей, стойкий к тепловым нагрузкам, недорогой и легко обрабатываемый материал. Стальные кокили более дорогие в изготовлении, но более «живучие» чугунных, так как они не боятся ударных нагрузок. Металлические стержни, направляющие и толкатели для раскрытия кокиля и выталкивания отливок всегда изготавливают из стали, так как они испытывают повышенные растягивающие напряжения.

Основной показатель кокиля — его стойкость. При работе рабочие поверхности кокилей подвергаются быстрому нагреву и охлаждению, в следствие чего в них возникают термические напряжения, приводящие к короблению и поверхностным трещинам – разгарам. Стойкость чугунных и стальных кокилей при получении отливок из алюминиевых сплавов составляет 50—100 тыс. заливок. Для повышения стойкости кокилей рабочие поверхности покрывают красками. С помощью красок устраняется также приваривание металла к стенкам кокиля, обеспечивается получение качественных поверхностей и регулируется направленность затвердевания отливок. При соприкосновении с металлом краска возгоняется, создается газовая и сажистая прослойка между жидким металлом и кокилем, которая предотвращает приваривания жидкого металла к кокилю. Краску наносят кистью или пульверизатором один-два раза в смену, в зависимости от конструкции и режима работы, на подогретый до 100—200 °C кокиль.

В процессе литья очень важным технологическим параметром является температурный режим кокиля. Для получения качественного литья из алюминиевых сплавов температура кокиля должна поддерживаться в пределах 200—350 °C. Разогрев и поддержание температуры кокиля (разгон кокиля) специалисты «ПРАКТИК плюс» осуществляют подогревом с помощью газовых горелок, а контроль температурного режима осуществляют инфракрасными термометрами (пирометрами) или термопарами. Охлаждение кокиля осуществляется путем естественной передачи тепла в окружающую среду через стенки кокиля. При необходимости наши специалисты спроектируют и изготовят кокили , охлаждаемые снаружи водой (водоохлаждаемые) по специально предусмотренным каналам. Стойкость водоохлаждаемых кокилей выше, чем неводоохлаждаемых.

Читать еще:  Химическое никелирование алюминия

При литье сложных по конфигурации отливок специалисты «ПРАКТИК плюс» применяют различные подвижные металлические стержни и вставки. Подвижность нужна для своевременного удаления стержня из отливки. Если внутренние контуры отливки сложные, то стержни делают составными из нескольких частей. Также для получения отливок со сложной внутренней конфигурацией нами применяются песчаные стержни. Их устанавливают в форму каждый раз перед заливкой при сборке формы с помощью знаковых частей.

В «ПРАКТИК плюс» изготавливают к окили либо литыми, либо из поковок проката путем механической обработки. Литые кокили дешевле, поскольку требуется минимальная механическая обработка. Разъем (раскрытие) кокилей осуществляют ручным или механизированным способом с помощью механических, пневматических и гидравлических приводов, которые также проектируют и изготавливают специалисты «ПРАКТИК плюс». Поверхности разъемов обрабатывают по 6-му классу точности. Отдельные части кокиля центрируют с помощью штырей и втулок. Для вывода газа и воздуха из полости кокиля предусматриваются вентиляционные каналы.

Компания «ПРАКТИК плюс» рассматривает заказы на производство литья из алюминия любой конфигурации и серийности, массой до 50 кг.

Цена отливки зависит от сложности детали и рассчитывается индивидуально.

За дополнительной информацией обращайтесь по тел.: (067) 437-90-70, (050) 921-30-09 или по контактам, указанным на сайте.

Кокильное литье алюминия

Р=*D 2 *p/4,D- диаметр поршня 15.

Для вычисления давления металла в форме следует силу Р разделить на площадь плунжера 12, то есть :

Давление в форме увеличивается пропорционально отношению квадрата диаметров поршня и плунжера Схему процесса и последовательность действий иллюстрирует рис.4.2нет рис 42

Рис.4.2. Схема литья под давлением на машине с горизонтальной камерой прессования.

Как было уже сказано, форма состоит из неподвижной и подвижной полуформ (рис.4.2,а). Металлические стержни 8 служащие для образования полостей и отверстий в отливках, находятся, как правило, в подвижной полуформе. Для извлечения отливки из формы предусмотрены выталкиватели 6, 13 которые жестко закреплены в плитах 4 и 5 выталкивателей. Запирающий механизм машины надежно прижимает подвижную полуформу к неподвижной, после чего в камеру прессования 9 через отверстие 18 заливают порцию сплава и включают механизм заполнения. Плунжер 11 при своем движении влево создает давление в камере. Сплав рассекателем 15 направляется в литниковую щель 12, заполняет полость формы и затвердевает (рис.4.2,б). После затвердевания отводят подвижную часть формы вместе с отливкой. При отводе подвижной полуформы движется и плунжер, который из камеры выталкивает литниковый остаток 19 (рис.4.2,в). Плита толкателей перемещается вместе с формой и стержнем 17, упирается в упор 20 (рис.4.2,г). Упор останавливает плиту толкателей, а форма продолжает перемещаться. Выталкиватели снимают отливку 21 со стержня 8 и она падает на транспортер или в конвейер. Форма во время работы охлаждается водой, проходящей по каналам 7.

Возможности способа. Литьем под давлением получают сложные тонкостенные отливки из цветных металлов массой от нескольких грамм до нескольких килограммов.

Качество деталей отливаемых под давлением, оценивается точностью размеров, классом шероховатости поверхности, механическими свойствами и пористостью.

Точность размеров зависит от точности изготовление прессформы, от конфигурации и положения различных элементов отливок в форме, от степени износа формы, от колебания усадки сплава и др.

Внутренние размеры – отверстия можно выполнять по 9 квалитету, наружные размеры – IIквалитету.

Шероховатость поверхностиотливок зависит от шероховатостиоформляющих поверхностей прессформы и от степени ее износа и для отливок из цинковых сплавов может быть до 8 класса, из алюминиевых сплавов до 6 класса и медных сплавов до 5 класса шероховатости.

Толщина стенок.Для поверхностей, которые подвергаются механической обработке, назначают припуски до 0,3 до 0,5 мм.

Значения минимально допустимых толщин стенок отливки в зависимости от размеров их поверхности приведены в таблице.

Таблица 1. Минимальная толщина стенок отливок, получаемых литьем под давлением.

Поверхно-сти отливок в см 2

Минимально допустимая толщина стенок для цинкового сплава

Минимально допустимая толщина стенок для магниевого сплава

Минимально допустимая толщина стенок для алюминиевого сплава

Минимально допустимая толщина стенок для медного сплава

Механические свойства отливок,полученных под давлением, значительно отличаются от свойств отливок, изготовленных другими способами литья. При быстром охлаждении у отливок образуется литейная корочка с очень мелкозернистой структурой, толщина которой составляет около 0,5-1,0 мм. Поэтому тонкостенные отливки имеют мелкозернистую структуру, повышенную прочность и твердость на 20-30 % при одновременном снижении пластических свойств на 30-50% по сравнением с литьем в землю.

Пористость,вскрывающаяся при механической обработке, становится причиной брака большого числа отливок. Источниками пористости являются усадка сплава, воздух, который захватывается потоком жидкого металла в полости формы, и газы выделяющиеся из жидкого металла. Переход на литье под давлением снижает трудоемкость изготовления отливок в 10-12 раз в литейных и 5-8 раз в механических цехах.

Развитие массового производства в оптико-механической промышленности в некоторой степени способствовало широкому внедрению литья под давлением. Корпуса фотоаппаратов и биноклей, детали биноклей, микроскопов, геодезических приборов, спецдеталей – вот далеко не полный перечень применения литья под давлением в этой промышленности.

Отливки составляют почти половину всех деталей оптико-механических приборов.

Рис. Диаграмма процесса заполнения формы

Особенности способа.Процесс литья под давлением осуществляется в три фазы: 1 – медленное движение плунжера до момента поступления сплава в литниковую систему, воздух из камеры через полость формы выгоняется в атмосферу;II– заполнение сплавом с большой скоростью полости формы;III– затвердевание отливки (см. рис. 4.3).

Соответственно, с каждой фазой изменяется давление в рабочей полости цилиндра прессования, а значит и давление на жидкий сплав. Обычно цикл литья описывается диаграммой давление-время, которая представлена на рис.4.3. Штриховой линией показана диаграмма идеального цикла. В течение 1 фазы действует низкое давление р1, всего несколько атмосфер, хотя энергетическая установка машины обычно развивает давление до 120 кгс/см 2 .

Рис. 4.4. Виды заполнения.

Величина р1 зависит от сопротивления сплава, оказываемого плунжеру при его движении. В момент, когда плунжер достигнет точки 1 сплав входит в литниковую систему, сечение которой значительно меньше сечения камеры. В этот же момент значительно увеличивается скорость плунжера. Так как через литниковую систему сплав проходит с большим сопротивлением, то и давление возрастает до величины р2(около 10 кгс/cм 2 ) и удерживается на таком уровне до точки 2, когда закончится заполнение формы. В течение второй фазы сплав заполняет форму в доли секунды (0,01-0,06) при скорости впуска металла от 2 до120 м/с. В зависимости от скорости впуска различают три вида заполнения: ламинарным сплошным потоком рис.4.4.а, турбулентным потоком рис.4.4,б и дисперсным потоком. Из-за большой скорости впуска только часть газа (10-30%) удаляется из полости формы, которая заполнена воздухом и парами смазки. Оставшийся газ смешивается со сплавом, образуется воздушно-металлическая смесь, которая затем и затвердевает. Поэтому отливки, полученные под давлением, имеют специфический, присущий только этому способу дефект –обширную газовую пористость. Отливки имеющие такую пористость, нельзя закаливать, потому что при нагревании под закалку прочность металла падает, давление газа в порах увеличивается до величины, при которой происходит осповидное вздутие поверхности отливки.

В момент окончания заполнения полости формы (точка 2) движущая система – жидкий сплав, прессующий плунжер, мгновенно останавливается. Энергия движения преобразуется в энергию давления, происходит гидравлический удар, величина которого ргуобычно в два раза больше, чем давление в аккумуляторе. Гидравлический удар полезен и в тоже время вреден.

Полезное его действие заключается в том, что быстро повышенное давление прижимает жидкий сплав к рабочей поверхности формы и способствует четкому оформлению конфигурации отливки, как говорят «чеканит» ее поверхности.

Вредное действие гидроудара заключается в том, что процесс колебания давления при гидроударе способствует коагуляции мелких газовых раковин в крупные, что значительно снижает качество отливок. Кроме того, под действием гидроудара подвижная полуформа может отойти от неподвижной. Между полуформами образуется зазор через который происходит разбрызгивание металла. На отливках образуется облой по разъему формы, и снижается точность отливок в направлении, перпендикулярном разъему формы. Обычно для получения высоких скоростей впуска применяют тонкие щелевые питатели, которые затвердевают раньше, чем затухнет гидроудар. Отливка отделяется от жидкого прессостатка. Питание из прессостатка в камере прессования, который мог бы служить прибылью прекращается. Затвердевание происходит без компенсации усадки жидким сплавом, в стенках, кроме газовых, появляются усадочные поры.

Таким образом, в отливке, полученной литьем под давлением наблюдается как газовая, так и усадочная пористость. Это главный недостаток способа литья под давлением.

Совершенствование этого исключительно прогрессивного по точности и производительности способа литья направлено на предупреждение газовой и усадочной пористости. Известны следующие направления: 1) вакуумирование полости формы, а также сплава, поскольку воздушная пористость является главным дефектом отливок, 2) Осуществление передачи статического давления через толстые питатели из камеры прессования на сплав в форме (процесс передачи статического давления в полость формы назвали подпрессовкой). Высокое давление должно компенсировать усадочную пористость, то есть отливка формируется при направленном затвердевании, и сжимать газовую пористость до микроскопических размеров. Микропоры при нагреве отливки под закалку не вздуваются. 3) Совместное использование первого и второго направлений. 4) Заполнение полости формы кислородом перед началом заливки. Кислород используется на окисление сплава с образованием очень малого количества окислов.

Читать еще:  Как отличить цинк от алюминия

В настоящее время первое и четвертое направления не нашли широкого применения по двум причинам. Во-первых из- за технической сложности их реализации в производственных условиях, во- вторых названные способы устраняют газовую пористость и не позволяют компенсировать усадочную пористость.

В мире получил развитие второй способ, для реализации которого создавалось большое разнообразие механизмов прессования.

При литье под давлением на машине с холодной вертикальной камерой устройство пресс- формы аналогично устройству формы, показанной на рис. 28. В смазанную вертикальную камеру прессования 1 (рис. 29 а) заливают дозу сплава 2. При движении вниз плунжер 3 давит на сплав, перемещает вниз поршень 6, а в результате чего открывается отверстие 5, соединяющее камеру с пресс-формой, после заполнения которой плунжер поднимается, а специальный механизм поднимает поршень 6, при этом отрезаются литник и прессостаток поднимается наверх.

Рис. 29. Схема литья под давлением с вертикальной камерой прессования.

В настоящее время, хотя в цехах и много еще машин с вертикальной камерой, но они вытесняются машинами с горизонтальной камерой, так как последние производительнее, проще в обслуживании и легче механизируются.

Литье под давлением начиналось с машин с горячей камерой прессования, когда в 1838 году они были применены для изготовления литер с изображением букв для газетопечатных машин.

Машина с горячей камерой (рис.30) имеет тигель 4, обогреваемый нагревателями 6, в который расплав 10 заливается из раздаточной печи. Прессующий плунжер 2 через шток 1 соединяется с поршнем пневмоцилиндра, при работе которого плунжер опускается вниз, перекрывает отверстия 5, через которые расплав поступает в камеру прессования 3. Под давлением плунжера металл поднимается по каналу 7 и заливает полость формы, состоящей из неподвижной части 8 и подвижной 9. Конструкция формы аналогична рассмотренной на рис. 28.

На машинах с горячей камерой изготовляют отливки из цинковых сплавов, температура которых около 430С. Применение горячекамерных машин для переработки алюминиевых сплавов сдерживалось из-за низкой стойкости камеры и плунжера, так как алюминиевые сплавы имеют большую температуру (около 700С) и склонны к разъеданию поверхности камеры и плунжера.

Рис. 30. Схема литья под давлением с горячекамерной машиной.

Основное преимущество горячекамерной машины – это простота процесса и легкость автоматизации. Поэтому в последние годы велись поиски материала для камеры и плунжера, который противостоял бы воздействию горячего алюминиевого сплава. Создано несколько конструкций машин, работающих на алюминиевых и магниевых сплавах.

Литье в кокиль — описание процесса

Способ изготовления деталей методом заливки расплавленного металла в специальную форму называется литьем. Он известен человечеству с давних времен. Среди разнообразных видов этого процесса литье в кокиль занимает особое место. Значительная часть литейных отливок изготовлена именно этим методом.

Процесс литья в кокиль

Кокильное литье – особый вид получения фасонных отливок методом залива расплавленного металла в специальные разъемные металлические формы, которые называют кокиль. Он состоит из 2х полуформ, плиты и вставки. Полуформы скрепляют с помощью замков. Для выравнивания и центрирования используют штыри.

Технология изготовления отливок при данном виде литья включает в себя несколько этапов.

  1. подготовительный этап:
    • Очистка поверхностей от грязи, масляных пятен, ржавчины;
    • нагрев кокильной формы перед заливкой в нее раскаленного металла;
    • нанесение термоизолирующего покрытия;
    • нанесение слоя краски. Это необходимо для регулирования скорости охлаждения и затвердевания металла, так как интенсивное охлаждение расплава отрицательно влияет на качество отливки.
    • При нанесении термоизолирующего слоя используют различные огнеупорные материалы: асбест; графит; тальк; карбид; шамот. Термоизолирующее покрытие позволяет избежать появления раковин, скопления газов, пригара отливки к кокилю. При изготовлении крупных стальных деталей применяют футерованные формы, которые имеют толщину защитного покрытия 10 мм и более;
  2. установка стержней и втулок;
  3. закрытие кокиля на замки, рычаги, зажимы или другие запорные устройства;
  4. заливка расплавленного металла через литник;
  5. охлаждение формы и отливки до заданной температуры;
  6. открытие кокиля;
  7. извлечение отливки из формы;
  8. удаление литников и промывников.

Использование стержней в разъемных формах: — при использовании простых стержней в фасонных отливках получают полости простой конфигурации; — при использовании разъемных механических стержней получают полости более сложных конфигураций; — для образования замкнутых полостей используют песчаные стержни; — для получения полостей сложных очертаний и конфигураций используют металлические и песчаные стержни комбинируют.

Плюсы и минусы процесса кокильного литья

Литье в кокиль имеет явные преимущества перед другими видами аналогичного процесса, в том числе перед литьем в песчаные формы, так как оно:

  • дает возможность многоразового использования форм;
  • сокращает расходы на формовочные материалы;
  • позволяет получить отливки повышенной точности, с меньшими припусками на механическую обработку;
  • обеспечивает более чистовую поверхность литья, снижает шероховатость поверхности заготовки;
  • позволяет повысить качество, прочность и другие механические свойства отливок;
  • позволяет автоматизировать и механизировать процесс;
  • является более экономичным и эффективным.

При том, что данный процесс имеет явные преимущества по сравнению с другими методами литья, стоит отметить некоторые недостатки:

  • трудоемкость и сложность самого процесса изготовления кокилей;
  • высокая стоимость изготовления кокилей, которая повышается в зависимости от сложности конфигурации формы;
  • ограниченное число отливок, так как кокиль не вечный, имеет ограниченную износостойкость;
  • невозможность изготовления отливок с более тонкими стенками, «отбел» чугуна, сложности при изготовлении стальных отливок (газовая пористость);
  • неподатливость форм, что иногда приводит к деформациям и трещинам в заготовках, короблению стенок кокиля во время литья;
  • необходимость использования стержней, вентканалов, газоотводов, термоизолирующих покрытий.

Особенности конструкции кокилей и материалы

Конструкции кокилей, которые используются в металлургическом производстве делятся на два вида:

  1. разъемные;
  2. неразъемные (вытряхные, название говорит само за себя).

Второй вид конструкции форм используется если отливки имеют простую конфигурацию.

Разъемные формы, в свою очередь, по форме плоскости разъема бывают:

  • горизонтальные;
  • вертикальные;
  • наклонные;
  • со створчатой плоскостью разъема;
  • со сложной плоскостью разъема.

Каждая часть формы называется полуформой. Они бывают:

  1. коробчатые;
  2. с ребрами жесткости (что позволяет избежать коробления стенок формы).

Разъемные формы подразумевают использование дополнительных технологических элементов:

  • стержней (металлических или песчаных);
  • вставок;
  • оснований;
  • поддонов;
  • толкателей;
  • центрирующих штырей;
  • втулок.

Способы подачи в форму раскаленного металла: сверху; сбоку; снизу (сифонный метод).

Для обеспечения технологического процесса кокиль оснащается:

  • вентиляционной системой (система вентканалов, выпоры, зазоры);
  • газоотводными каналами (чаще всего направленными вверх);
  • системой нагрева и охлаждения (водоохлаждение включают после образования корки на отливке).

Материалы для изготовления кокилей

В кокиле во время литья происходят резкие перепады температур, обусловленные технологическим процессом, что может привести к необратимым изменениям в структуре формы.

В связи с этим материалы для изготовления кокилей должны обладать следующими качествами:

  • термоустойчивость;
  • иметь высокие механические свойства;
  • быть высококачественными;
  • высокопрочными;
  • быть легкими в обработке;
  • иметь доступную цену.

На практике, для изготовления кокильных форм, чаще всего используют следующие материалы:

  • сталь низкоуглеродистая, легированная сталь и ее сплавы (Ст3, Ст10, Ст20, Ст15ХМЛ);
  • чугун, в том числе и высокопрочный (СЧ20, СЧ25, ВЧ40, ВЧ45);
  • медь и ее сплавы;
  • алюминий и его сплавы.

Стержни чаще всего изготавливают из углеродистой или легированной стали, а песчаные – из песчано-масляной или песчано-смоляной смесей. Для остальных деталей кокильных форм — поддонов, толкателей, втулок, штырей, болтов, используют в основном конструкционную сталь.

Область применения кокильного литья

Благодаря кокильному литью серийное производство не только в РФ, но и во всем мире обеспечено литыми деталями более чем на 40%, по сравнению с другими видами литья.

Методом кокильного литья получают отливки из чугуна, стали и ее сплавов, магния, алюминия и их сплавов. всевозможного назначения и веса. Из отливок вытачивают различные детали, которые широко используются в машиностроении, вагоностроении, автомобилестроении, в тракторостроении, при укладке газопроводов и т.д.

Все отрасли промышленности и машиностроительного производства используют детали, изготовленные методом кокильного литья: поршни, блоки, цилиндры, корпуса электродвигателей, щеки подшипников, фланцы, рамы, фитинги, шнеки, зубчатые колеса и множество других частей машин и механизмов.

Современная промышленность нуждается в огромном количестве деталей, большая часть из которых – литые. Они могут иметь вес от нескольких грамм до сотен килограммов.

Литье в многоразовые металлические формы – кокили, является одним из самых прогрессивных и эффективных видов литья, так как они могут выдерживать от нескольких наливов до десятков тысяч использований (изготовление деталей из алюминия).

Возможность модернизации, механизации и автоматизации кокильного литья позволяет полностью покрыть дефицит литых изделий в промышленности и свести к минимуму использование тяжелого ручного труда.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector