Кафедра “Технологии обработки материалов” (МТ-13)

Учебно-технологический литейный практикум (ЛУТП)

Тема практической работы

“Изготовление отливок литьем в кокиль”

 

Системотехническое отображение:

МГТУ-МТ13-УТП-ЛУТП-К-РУ(1а.ч.).

 

 

TЕМА ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ:
       ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК ЛИТЬЕМ В КОКИЛЬ.

Сущность способа заключается в изготовлении отливок из жидкого расплава свободной его заливкой в многократно используемые металлические формы-кокили, обеспечивающие высокую скорость затвердевания жидкого расплава и позволяющие получать в одной форме от нескольких десятков до нескольких тысяч отливок.
Конструкция кокилей, как правило, определяется конструкцией отливки. Кокили изготавливают из чугуна, стали и алюминиевых сплавов с анодированной рабочей поверхностью механической обработкой поковок, отливок, литьем без механической обработки рабочих поверхностей и другими способами.
Внутренние полости и сложные наружные поднутрения в отливках оформляются песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными стержнями применяют преимущественно для получения чугунных и стальных отливок, с металлическими стержнями - для отливок цветных легких сплавов. Каналы литниковой системы выполняют непосредственно в кокилях или в песчаных стержнях. Для удаления во время заливки воздуха и газов из полости кокиля предусматривают выпоры, вентиляционные риски по плоскости разъема глубиной 0,2...О,5 мм или специальные отверстия с запрессованными многогранниками, называемыми вентами. При изготовлении отливок на рабочую поверхность кокилей
наносят огнеупорное теплоизоляционное покрытие (в виде красок и облицовок), которое уменьшает скорость затвердевания расплава, предотвращает приваривание отливок к форме, увеличивает срок службы кокилей вследствие уменьшения термического воздействия расплава на форму.
Для разных сплавов состав теплоизоляционного покрытия различен.

 

СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОРУДОВАНИИ И ОСНАСТКЕ(особенности конструкции).

Отливки изготавливают на ручных кокильных станках , автоматизированных однопозиционных машинах и карусельных
установках, автоматизированных и механизированных линиях ,
роботизированных комплексах .

                       
 

рис. 1

На рис. 1 показан ручной кокильный станок для изготовления отливки
 
Кокиль (рис.1 б) состоит из двух полуформ 1 , в которых имеются рабочие полости формы 2 и литниковвя система 3. Внутреннюю полость отливки (рис.1 а) оформляют с помощью металлического стержня 4, который устанавливают в форму и удаляют из отливки с помощью реечного механизма и штурвала 5 вручную (реечный механизм на рисунке не показан). Полуформы 1 и стержень 4 располагают на плите 6, которая ,в свою очередь, прикреплена к столу 7.
Далее покажем некоторое современное оборудование , используемое при изготовлении отливок литьем в кокиль .
На рис.2A и рис.2B приведены изображения литейных форм и дополнительных оснастки и оборудования , используемых в настоящее время (в основном за границей) для изготовления отливок  довольно сложной конфигурации.

              A
                              рис.2
 

 

Кокиль конструируется таким образом , чтобы литниковая система при заполнении расплавом обеспечивала удаление газов и предупреждала появление усадочных раковин за счет установки прибылей в местах , затвердевающих в последнию очередь . Кокили могут быть вытряхными , горизонтальным , вертикальным , комбинированным разъемом . Стержни с учетом физической сущности процесса должны конструироваться металлическими . Если удаление стержней затруднено , то устанавливается песчаный стержень .
Кокильные установки изготавливаются  , в основном ,
с вертикальным разъемом . Конструкции установок могут быть поворотными : песчаные стержни устанавливаются при горизонтальном расположении кокиля , а заливку кокиля осуществляют в вертикальном положении с нижним подводом расплава .

 

 Последовательность изготовления отливок .

Перед заливкой рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений . Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздействия высоких температур заливаемого металла , для регулирования скорости охлаждения отливки , улучшения заполняемости кокиля , облегчения извления отливки и т.д.
Теплозащитные покрытия приготовляют из огнеупорных материалов (пылевидного кварца , молотого шамота , графита , мела и др. ), cвязующего (жидкого стекла и др.) и воды . Теплозащитные покрытия наносят пульверизатором на предварительно подогретый до температуры   140-180 °С  кокиль слоем толщиной 0,3-0,8 мм .
Заключительная операция подготовки кокиля : нагрев его до температуры 150-350 °С . Температуру нагрева кокиля назначают в зависимости от сплава и толщины стенок отливки . Например , при изготовлении чугунных отливок с толщиной стенок 5-10 мм кокиль нагревают до 300-350 °С , при толщине стенок 10-20 мм – до 150-250 °С , для алюминиевых и магниевых отливок – до 250-350 °С .
При сборке кокилей в определенной последовательности устанавливают металлические или песчаные стержни , проверяют точность их установки и закрепления , соединяют половины кокиля и скрепляют их .
Заливку металла осуществляют разливочными ковшами или автоматическими заливочными устройствами . Затем отливки охлаждают до температуры выбивки , составляющей 0.6-0.8 температуры солидуса сплава ,и выталкивают из кокиля . После этого отливки подвергают обрубке , очистке и в случае необходимости – термической обработке .
 
 

      Технологические возможности способа и область применения.

 

ЛИТЬЕМ В кокиль изготавливают отливки из чугуна, стали и цветных сплавов (алюминиевых, магниевых, медных и др.). Чугунные отливки, как правило, имеют отбеленный поверхностный слой, высокие внутренние напряжения, поэтому их необходимо отжигать. В кокилях трудно получать сложные стальные отливки ввиду значительной усадки литейных сталей, что в отсутствие податливости формы ведет к образованию трещин. При изготовлении стальных отливок срок службы кокилей на два-три порядка меньше срока службы кокилей  для отливок из цветных сплавов.
Литьем в кокиль получают станины, крупные лопатки, головки и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания, корпуса нагнетателей и реакторов, диффузоры, детали металлургического оборудования, станочной гидроаппаратуры, химического и нефтяного машиностроения и др. Этот способ целесообразно применять в серийном, крупносерийном и массовом производствах, корда партия составляет не менее 300...500 отливок.
Литьем в кокиль получают чугунные и стальные отливки массой до 160 кг, из цветных сплавов до 50 кг.
Изготовленные отливки имеют толщину стенок от 3 до 100 мм, длину до 2 м; 4..12 классы точности размеров по ГОСТ 26645-85;
1...5 группы сложности; параметр шероховатости поверхности отливок   = 80...20 мкм .

 

Особенности конструкции литых деталей, получаемых литьем в кокиль:

1) толщину внутренних стенок и ребер жесткости следует принимать равной 0,6...0,7 от толщины наружных стенок (из-за недостаточно эффективного их охлаждения);
2) большие плоскости для лучшего отвода газа следует выполнять наклонными, а края тонких стенок и отверстий усиливать отбортовкой, направленной в сторону стержня;
3) бобышки и приливы целесообразно располагать на внутренних поверхностях, формируемых обычно песчаными стержнями.
На наружной поверхности ребра, углубления приливы заклиниваются в кокиле, вызывают образование трещин в отливке и ускоряют изнашивание кокиля;
4) число выступающих частей, затрудняющих усадку металла. должно быть сведено до минимума.

 

       



 

        Достоинства и недостатки данного способа.

Достоинства литья в кокиль. Качество отливок, полученных литьем В кокиль, по сравнению с литьем в песчаные формы характеризуется повышенной точность® геометрических размеров; снижением шероховатости поверхностей отливок; уменьшением припусков на механическую обработку на 10...20 %. Отливки при этом имеют мелкозернистую структуру , что повышает их прочностные свойства (твердость, временное сопротивление разрыву и т.п.), повышенную герметичность. Улучшается санитарно-гигиенические условия труда.
Недостатки литья в кокиль. Сложность и трудоемкость изготовления кокилей; их ограниченный срок службы, особенно при литье черных сплавов; невозможность получения тонкостенных чугунных отливок без отбела; увеличение напряжений в отливках и вероятности образования в них трещин вследствие неподатливости кокиля и металлических стержней; ограниченность номенклатуры чугунных и стальных отливок, получаемых в кокилях (отливки простой конфигурации); затрудненный вывод воздуха и газа из полости формы.
Paзновидность литья в кокиль.
Разновидностью литья в кокиль является литье в облицованные кокили . Отличающееся от простого литья в кокиль повышенными газопроницаемостью и податливостью ,пониженными скоростью теплоотвода и вероятностью появления недоливов,усадочных раковин.
Литье в облицованые кокили  состоит в том , что модельную плиту 6 с моделью 5 нагревают электрическими или газовыми нагревателями 7 до температуры 200-220 °С . На модельную плиту устанавливают нагретый до температуры 200-220 °С кокиль 3 и моделью 5 из пескодувной головки 1 через сопла 2 вдувается формовочная смесь с термореактивным связующим (рис.3). Оболочка 4 толщиной 3-5 мм формируется и упрочняется за счет теплоты кокиля и модели . После отверждения оболочки на кокиле модель извлекают . Аналогично изготовляют и вторую половину кокиля . После изготовления полуформ кокиль собирают , а затем из ковша заливают расплавленным металлом .
Кокильное литье применяют в серийном (ОК) и мелкосерийном (К)производствах.