Реферат: Литьё цветных металлов в металлические формы - кокили

Министерство образования Российской Федерации

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра АПП

“Литьё цветных металлов в металлические формы(кокили)”.

Выполнил: студент

Группы01-КТ-61

АграновичОлег

Проверил: Лецик В.И.

 

Краснодар 2003 год.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ… 2

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ.ОБЛАСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ… 3

КОКИЛИ… 6

Общие сведения. 6

Элементы конструкции кокилей. 7

Материалы для кокилей. 9

Изготовление кокилей. 10

Стойкость кокилей и пути ее повышения. 11

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬ… 13

Технологические режимы литья. 13

Особенности изготовления отливок изразличных сплавов. 15

Отливки из алюминиевых сплавов. 16

Отливки из магниевых сплавов. 19

Отливки из медных сплавов. 20

Финишные операции и контроль отливокиз цветных сплавов. 21

Дефекты отливок из цветных сплавов имеры их предупреждения. 21

СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ. ОБЛАСТЬИСПОЛЬЗОВАНИЯ

/>            Кокиль (от франц. coquille) — металлическая форма, котораязаполняется расплавом под действием гравитационных сил. В от­личие от разовойпесчаной формы кокиль может быть использован многократно. Таким образом,сущность литья в кок и ли состоит в применении металлических материалов дляизготовления многократно используемых литейных форм, металлические частикоторых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

            Кокиль (рис. 2.1) обычносостоит из двух полуформ 1, плиты 2, вставок 10. Полуформы взаимноцентрируются штырями 8, и перед заливкой их соединяют замками 9. Размерырабо­чей полости 13 кокиля больше размеров отливки на величину усадкиспла­ва. Полости и отверстия в отливке могут быть вы­полнены металлическими 11или песчаными 6 стерж­нями, извлекаемыми из от­ливки после ее затвердева­нияи охлаждения до за­данной температуры. Рас­плав заливают в кокиль черезлитниковую систему 7, выполненную в его стен­ках, а питание массивных

/>/>/>/>/>узлов отливки осущест­вляется из прибылей(питающих выпоров) 3. При заполнении ко­киля расплавом воздух и газыудаляются из его рабочей  полости   через   вентиляционные   выпоры  4,   пробки  5, каналы 12,образующие вентиляционную систему кокиля.

            Основные элементы кокиля —полуформы, плиты, вставки, стержни т. д.— обычно изготовляют из чугуна илистали. Выше рассмотрен кокиль простой конструкции, но в практике используюткокили различных, весьма сложных конструкций.

/>            Основные операциитехнологического процесса. />Перед залив­кой расплава новый кокильподготовляют к работе: поверхность рабочей полости и разъем тщательно очищаютот следов загряз­нений, ржавчины, масла; проверяют легкость перемещения под­вижныхчастей, точность их центрирования, надежность крепле­ния. Затем на поверхностьрабочей полости и металлических стержней наносят слой огнеупорного покрытия(рис. 2.2, а) — облицовки и краски. Состав облицовок и красок зависит в основ­номот заливаемого сплава, а их толщина — от требуемой скорости охлаждения отливки:чем толще слой огнеупорного покрытия, тем медленнее охлаждается отливка. Вместес тем слой огнеупорного покрытия предохраняет рабочую поверхность формы отрезкого повышения ее температуры при заливке, расплавления и схваты­вания сметаллом отливки. Таким образом, облицовки и краски выполняют две функции:защищают поверхность кокиля от резкого нагрева и схватывания с отливкой ипозволяют регулировать скорость охлаждения отливки, а значит, и процессы еезатверде­вания, влияющие на свойства металла отливки.

            Перед нанесением огнеупорногопокрытия кокиль нагревают га­зовыми горелками или электрическими нагрева­телямидо температуры 423—453 К. Краски нано­сят на кокиль обычно в виде воднойсуспензии че­рез пульверизатор. Капли водной суспензии, попадая на поверхностьнагретого кокиля, испаряются, а ог­неупорная составляющая ровным слоемпокрывает поверхность.

После нанесения огне­упорного покрытиякокиль нагревают до рабочей тем­пературы, зависящей в ос­новном от состава зали­ваемогосплава, толщины стенки отливки, ее разме­ров, требуемых свойств. Обычно температура нагревакокиля перед заливкой 473—623 К. Затем в кокиль устанавливают песчаные иликерамические стержни (рис. 2.2, б), если таковые необходимы для получе­нияотливки; половины кокиля соединяют (рис. 2.2, в) и скреп­ляют специальнымизажимами, а при установке кокиля на ко­кильной машине с помощью ее механизмазапирания, после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессе затвердеванияи охлаждения отливки, после того как отливка приобретет достаточную прочность,металлические стержни «подрывают», т. е. частично извлекают из отливки (рис.2.2, г) до ее извлечения из кокиля. Это делают для того, чтобы уменьшитьобжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечить егоизвлечение из отливки. После охлаждения отливки до заданной температуры кокильраскрывают, окончательно извлекают метал­лический стержень и удаляют отливку изкокиля (рис. 2.2, д). Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезаютлитники, прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем циклповторяется.

            Перед повторением циклаосматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема. Обычно огнеупорнуюкраску наносят на рабочую поверхность кокиля 1—2 раза в смену, изредка восста­навливаяее в местах, где она отслоилась от рабочей поверх­ности. После этого принеобходимости, что чаще бывает при литье тонкостенных отливок или сплавов снизкой жидкотекучестью, кокиль подогревают до рабочей температуры, так как завремя извлечения отливки и окраски рабочей поверхности он охлаждает­ся. Если жеотливка достаточно массивная, то, наоборот, кокиль может нагреваться еетеплотой до температуры большей, чем требуемая рабочая, и перед следующейзаливкой его охлаждают. Для этого в кокиле предусматривают специальные системыохлаждения,

            Как видно, процесс литья вкокиль — малооперацион-н ы и. Манипуляторные операции достаточно просты икратковре-менны, а лимитирующей по продолжительности операцией являет­сяохлаждение отливки в форме до заданной температуры. Практи­чески все операциимогут быть выполнены механизмами машины или автоматической установки, чтоявляется существенным преи­муществом способа, и, конечно, самое главное — исключаетсятрудоемкий и материалоемкий процесс изготовления формы: Ко­киль используетсямногократно.

            Особенности формирования и качествоотливок. Кокиль —металлическая форма, обладающая по сравнению с песчаной зна­чительно большейтеплопроводностью, теплоемкостью, проч­ностью, практически нулевымигазопроницаемостью и газотвор-. ностью. Эти свойства материала кокиляобусловливают рассмот­ренные ниже особенности его взаимодействия с металломотливки.

            1.   Высокая эффективностьтеплового взаимодействия между отливкой и формой: расплав и затвердевающаяотливка охлаж­даются в кокиле быстрее, чем в песчаной форме, т. е. при одинако­выхгидростатическом напоре и температуре заливаемого расплава заполняемость кокиляобычно хуже,  чем  песчаной  формы.  Это осложняет получение в кокилях отливокиз сплавов с пониженной жидкотекучестью и ограничивает минимальную толщинустенок и размеры отливок. Вместе с тем повышенная скорость охлажде­нияспособствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, чтоповышает прочность и пластичность металла отли­вок. Однако в отливках изчугуна, получаемых в кокилях, вслед­ствие особенностей кристаллизации частообразуются карбиды, ферритографитная эвтектика, отрицательно влияющие насвойства чугуна: снижается ударная вязкость, износостойкость, резко воз­растаеттвердость в отбеленном поверхностном слое, что затрудня­ет обработку резаниемтаких отливок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке (отжигу)  для устранения отбела.

            2.   Кокиль практическинеподатлив и более интенсивно препят­ствует усадке отливки, что затрудняетизвлечение ее из формы, может вызвать появление  внутренних  напряжений, коробление и трещины в отливке.

Однако размеры рабочей полости кокилямогут быть выпол­нены значительно точнее, чем песчаной формы. При литье вкокиль отсутствуют  погрешности, вызываемые расталкиванием  модели, упругими и  остаточными  деформациями  песчаной  формы,  сни­жающими точность ее рабочейполости и соответственно отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются болееточными. Точность отливок в кокилях обычно соответствует 12—15-ам  квалитетампо СТ СЭВ 145—75. При этом точность по 12-му квалитету воз­можна   для  размеров,   расположенных   в   одной   части   формы. Точность размеров,расположенных в двух и более частях формы, а также оформляемых подвижнымичастями формы, ниже. Коэф­фициент точности отливок по массе достигает 0,71, чтообеспе­чивает возможность уменьшения припусков на обработку реза­нием.

            3. Физико-химическоевзаимодействие металла отливки и ко­киля минимально, что способствует повышениюкачества поверх­ности отливки. Отливки в кокиль не имеют пригара. Шерохова­тостьповерхности отливок определяется   составами   облицовок и  красок,  наносимыхна поверхность рабочей полости формы, и соответствует Rz = 80-10 мкм, но может быть и меньше.

            4. Кокиль практическигазонепроницаем, но и газотворность его минимальна и определяется в основномсоставами огнеупор­ных покрытий, наносимых на поверхность рабочей полости.Однако газовые раковины  в  кокильных отливках — явление не редкое. Причины ихпоявления различны, но в любом случае расположение отливки  в  форме,  способ подвода  расплава и вентиляционная система должны обеспечивать удаление воздухаи газов из кокиля при заливке.

Эффективность производства и областьприменения. Эффек­тивностьпроизводства отливок в кокиль, как, впрочем, и других способов литья, зависитот того, насколько полно и правильно инженер-литейщик использует преимуществаэтого процесса, учи­тывает его особенности и недостатки в условиях конкретногопро­изводства.

            Ниже приведены преимуществалитья в кокиль на основе

производственного опыта.

            1. Повышениепроизводительности труда в результате исклю­чения трудоемких операцийсмесеприготовления, формовки, очист­ки отливок от пригара. Поэтомуиспользование литья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2—3раза повы­сить производительность труда в литейном цехе, снизить капиталь­ныезатраты при строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счетсокращения требуемых производственных площадей, расходов на оборудование,очистные сооружения, уве­личить съем отливок с 1 м площади цеха.

            2. Повышение качества отливки,обусловленное использова­нием металлической формы, повышение стабильностипоказателей качества: механических свойств, структуры, плотности, шерохова­тости,точности размеров отливок.

            3.   Устранение или уменьшениеобъема- вредных для здоровья работающих операций выбивки форм, очистки отливокот пригара, их  обрубки,  общее  оздоровление  и  улучшение  условий  труда,меньшее загрязнение окружающей среды.

            4.  Механизация иавтоматизация процесса изготовления от­ливки,   обусловленная  многократностью   использования   кокиля. При  литье  в   кокиль  устраняется сложный  для   автоматизации процесс изготовления литейной формы. Остаются лишьсборочные операции:  установка  стержней,  соединение частей  кокиля  и  ихкрепление перед заливкой, которые легко автоматизируются. Вме­сте   с   тем  устраняется   ряд   возмущающих   факторов,   влияю­щих па качество отливок прилигье в песчаные формы, таких, как влажность, прочность, газопроницаемостьформовочной смеси, что делает процесс литья в кокиль более управляемым. Дляполучения отливок заданного  качества  легче осуществить  автоматическоерегулирование технологических параметров процесса. Автомати­зация процессапозволяет улучшить качество отливок, повысить эффективность производства,изменить характер труда литейщи­ка-оператора, управляющего работой такихкомплексов.

            Литье в кокили имеет инедостатки.

            1. Высокая стоимость кокиля,сложность и трудоемкость его

изготовления.

            2. Ограниченная стойкостькокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можно получить в, данномкокиле (см. табл. 2.3). От стойкости кокиля зависит экономическая эффективностьпро­цесса особенно при литье чугуна и стали, и поэтому повышение стойкостикокиля является одной из важнейших проблем техно­логии кокильного литья этихсплавов.

            3. ложность получения отливокс поднутрениями, для выпол­нения   которых   необходимо   усложнять   конструкцию  формы — делать дополнительные разъемы, использовать вставки, разъем­ныеметаллические или песчаные стержни.

            4. Отрицательное влияниевысокой интенсивности охлаждения расплава в кокиле по сравнению с песчанойформой. Это ограни­чивает возможность получения тонкостенных протяженных отли­вок,а в чугунных отливках приводит к отбелу поверхностного слоя, ухудшающемуобработку резанием; вызывает необходимость термической обработки отливок.

            5. Неподатливый  кокильприводит  к появлению в отливках напряжений, а иногда к трещинам.

            Преимущества и недостаткиэтого способа определяют р а-циональную область его использования: экономическицелесообразно вследствие высокой стоимости кокилей применять этот способ литьятолько в серийном или массовом производстве. Серийность при литье чугуна должнасоставлять более 20 крупных, или более 400 мелких отливок в год, а при литьеалюминиевых — не менее 400—700 отливок в год.

            Эффективность литья в кокиль обычно определяют в сравне­нии с литьем в песчаные формы. Экономическийэффект достигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению ка­честваотливок, их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкостиочистки и обрубки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, какследствие, повышению производительности и улучшению условий труда.

            Таким образом, литье в кокильс полным основанием следует отнести к трудо- и материалосберегающим,малооперационным и малоотходным технологическим процессам, улучшающим усло­виятруда в литейных цехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

КОКИЛИОбщие сведения

            В  производстве  используют кокили   различных   конструкций.

Классификация конструкций кокилей. В зависимости от распо­ложенияповерхности разъема кокили бывают: неразъемные (вытряхные); с вертикальнойплоскостью разъема; с горизонталь­ной плоскостью разъема; со сложной(комбинированной) поверх­ностью разъема.

Неразъемные, или вытряхные, кокили (рис.2.3) применяют в тех случаях, когда конструкция отливки позволяет удалить еевместе с литниками из полости кокиля без его разъема. Обычно эти отливки имеютдостаточно простую конфигурацию.

/>/>            Кокилис вертикальной плоскостью разъема (см. рис. 2.1) состоят из двух или болееполуформ. Отливка может располагаться целиком в одной из половин кокиля, в двухполовинах кокиля, одновременно в двух половинах кокиля и в ниж­ней плите.

/>

/>

/>            Кокили с горизонтальнымразъемом (рис. 2.4) применяют преимущественно для простых по конфигурации, атакже крупногабаритных отливок, а в отдельных случаях для отливок достаточносложной конфигурации.

            Кокили со сложной(комбинированной) поверхностью разъема (рис. 2.5) используют для изготовленияотливок сложной конфигурации.

По числу рабочих полостей (гнезд),определяющих возможность одновременного, с одной заливки, изготовления того илииного количества отливок, кокили разделяют на одноместные (см. рис. 2.1) имногоместные (см. рис. 2.4).

            В зависимости от способаохлаждения разли­чают кокили с воздушным (естественным и принудительным), с жидкостным(водяным, масляным) и с комбинированным (водо-воздушным и т. д.) охлаждением.Воздушное охлаждение исполь­зуют для малотеплонагруженных кокилей. Водяноеохлаждение используют обычно для высокотеплонагруженных кокилей, а так­же дляповышения скорости охлаждения отливки или ее отдельных частей. На рис. 2.6представлен кокиль с воздушным охлажде­нием. Ребра на стенках кокиляувеличивают поверхность сопри­косновения охладителя — воздуха — с кокилем исоответственно теплоотвод. На рис. 2.7 представлен водоохлаждаемый кокиль дляотливки барабана шахтной лебедки из высокопрочного чугуна. Вода подаетсяраздельно в обе половины кокиля, нижнюю плиту и верхнюю крышку.

Элементы конструкции кокилей

            Кокиль, как и любая литейнаяформа,— ответственный и точ­ный инструмент. Технические требования к кокилямоговорены ГОСТом. Конструктивное исполнение основных элементов коки­лей —полуформ, плит, металлических стержней, вставок — зави­сит от конфигурацииотливки, а также от того, предназначена ли форма для установки на кокильнуюмашину.

К основным конструктивным элементам кокилей относят:

/>/>

/>

/>

/>

/>

формообразующие элементы — половиныкокилей, ниж­ние плиты (поддоны), вставки, стержни; конструктивные элементы —выталкиватели, плиты выталкивателей, запираю­щие механизмы, системы нагрева иохлаждения кокиля и отдель­ных его частей, вентиляционную систему, центрирующиештыри и втулки.

            Корпус кокиля или его половинывыполняют коробчаты­ми, с ребрами жесткости. Ребра жесткости на тыльной,нерабочей стороне кокиля делают невысокими, толщиной 0,7—0,8 толщины стенкикокиля, сопрягая их галтелями с корпусом. Толщина стенки кокиля зависит отсостава заливаемого сплава и его тем­пературы, размеров и толщины стенкиотливки, материала, из которого изготовляется кокиль, конструкции кокиля.Толщина стенки кокиля должна быть достаточной, чтобы обеспечить задан­ный режимохлаждения отливки, достаточную жесткость кокиля и минимальное его короблениепри нагреве теплотой залитого расплава, стойкость против растрескивания.

            Размеры половин кокиля должныпозволять размещать его на плитах кокильной машины. Для крепления на плитахмашины кокиль имеет приливы.

            Стержни в кокилях могут бытьпесчаными и металли­ческими.

            Песчаные стержни для кокильных отливок должны обладатьпониженной газотворностью и повышенной поверхностной проч­ностью. Первоетребование обусловлено трудностями удаления газов из кокиля; второе —взаимодействием знаковых частей стержней с кокилем, в результате чего отдельныепесчинки могут попасть в полость кокиля и образовать засоры в отливке. Стерж­невыесмеси и технологические процессы изготовления песчаных стержней могут бытьразличными — по горячим ящикам (сплош­ные и оболочковые стержни), изхолоднотвердеющих смесей и т. д.

            В любом случае использованиепесчаных стержней в кокилях вызывает необходимость организации дополнительнойтехнологи­ческой линии для изготовления стержней в кокильном цехе. Однако вконечном счете использование кокилей в комбинации с песчаны­ми стержнями вбольшинстве случаев оправдывает себя эконо­мически.

            Металлические стержниприменяют, когда это позволяют кон­струкция отливки и технологические свойствасплава. Использо­вание металлических стержней дает возможность повысить ско­ростьзатвердевания отливки, сократить продолжительность цикла ее изготовления, вотдельных случаях повысить механические свойства и плотность (герметичность).Однако при использовании металлических стержней возрастают напряжения вотливках, увеличивается опасность появления в них трещин из-за затрудне­нияусадки.

            Металлические стержни,выполняющие наружные поверхности отливки, называют вкладышами (рис. 2.8, а).Вкладыши затруд­няют механизацию и автоматизацию процесса, так как их уста-

/>/>

/>

навливают и удаляют вручную. Металлическиетержни, выпол­няющие отверстии и полости простых очертаний (рис. 2.8, б, см.рис. 2.1.) до момента полного извлечения отливки «подрывают» для уменьшенияусилия извлечения стержня. Полости более слож­ных очертаний выполняютсяразъемными (рис. 2.8, в) или пово­ротными (рис. 2.8, г) металлическимистержнями.

            Для надежного извлечениястержней из отливки они должны иметь уклоны 1—5°, хорошие направляющие воизбежание пере­косов, а также надежную фиксацию в форме.

Во многих случаях металлические стержниделают водоохлаж-даемыми изнутри. Водяное охлаждение стержня обычно включаютпосле образования в отливке прочной корочки. При охлаждении размеры стержнясокращаются так, что между ним и отливкой образуется зазор, который уменьшаетусилие извлечения стержня из отливки.

/>/>/>            Для извлечениястержней в кокилях предусматривают винто­вые, эксцентриковые, реечные,гидравлические и пневматические механизмы. Конструкции этих устройств выполняютв соответствии с действующими ГОСТами.

/>            Вентиляционная система должна обеспечивать на­правленноевытеснение воздуха из кокиля расплавом. Для выхода воздуха используют открытыевыпоры, прибыли, зазоры по пло­скости разъема

и между подвижными частями (вставками,стерж­нями) кокиля и специальные вентиляционные каналы: по плос­кости разъемаделают газоотводные каналы / (см. Б — Б на рис. 2.9), направленные повозможности вверх. В местных углуб­лениях формы при заполнении их расплавоммогут образовываться воздушные мешки (см. А — А). В этих местах встенке кокиля устанавливают вентиляционные пробки 2. При выборе местаустановки вентиляционных пробок необходимо учитывать последо­вательностьзаполнения формы расплавом.

            Центрирующие элементы —контрольные штыри и втулки—предназначены для точной фиксации половин кокиля приего сборке. Обычно их количество не превышает двух. Их располагают вдиагонально расположенных углах кокиля.

            Запирающие механизмыпредназначены для предот­вращения раскрытия кокиля и исключения прорыварасплава по его разъему при заполнении, а также для обеспечения точностиотливок. В ручных кокилях применяют эксцентриковые, клиновые, винтовые замки идругие устройства, обеспечивающие плотное соединение частей кокиля.

Закрытие и запирание кокилей,устанавливаемых на машинах, осуществляется пневматическим или гидравлическимприводом подвижной плиты машины.

            Системы нагрева и охлажденияпредназначены для поддержания заданного температурного режима кокиля. Применя­ютэлектрический и газовый обогрев. Первый используется для общего нагрева кокиля,второй более удобен для общего и местного нагрева. Конструкции охлаждаемыхкокилей рассмот­рены выше.

            Удаление отливки из кокиляосуществляется специальными механизмами. При раскрытии кокиля отливка должнаоставаться в одной из его половин, желательно в подвижной, чтобы исполь­зоватьее движение для выталкивания отливки. Поэтому выпол­няют на одной сторонеотливки меньшие, а на другой большие уклоны, специальные технологическиеприливы и предусматривают несимметричное расположение литниковой системы вкокиле (це­ликом в одной половине кокиля). При изготовлении крупных отли­вокдолжно быть обеспечено удаление отливки из обеих половин кокиля. Отливки изкокиля удаляются выталкивателями, которые располагают на неответственныхповерхностях отливки или литниках равномерно по периметру отливки, чтобы не былопе­рекоса и заклинивания ее в кокиле. Выталкиватели возвращаются в исходноеположение пружинами (небольшие кокили) или контр­толкателями.

Материалы для кокилей

            В процессе эксплуатации вкокиле возникают значительные термические напряжения вследствие чередующихсярезких нагре­вов при заливке и затвердевании отливки и охлаждений при рас­крытиикокиля и извлечении отливки, нанесении на рабочую по­верхность огнеупорногопокрытия. Кроме знакопеременных терми­ческих напряжений под действиемпеременных температур в мате­риале кокиля могут протекать сложные структурныеизменения, химические процессы. Поэтому материалы для кокиля, особенно для егочастей, непосредственно соприкасающихся с расплавом, должны хорошопротивостоять термической усталости, иметь высо­кие механические свойства иминимальные структурные превраще­ния при температурах эксплуатации, обладатьповышенной ростоустойчивостью и окалиностойкостью, иметь минимальную диффу­зиюотдельных элементов при циклическом воздействии темпера­тур, хорошо обрабатываться,быть недефицитными и недорогими. Производственный опыт показывает, что длярабочих стенок кокилей достаточно полно указанным требованиям отвечают при­веденныениже материалы.

СЧ20, СЧ25 кокили для мелких и средних отливок из алюминиевых, магниевых, медных сплавов, чугуна; кокили с воздуш­ным и водовоздушным охлаждением ВЧ42-12, ВЧ45-5 Кокили для мелких, средних и крупных отливок из чугунов: серого, высокопрочного, ковкого; кокили с воздушным и водовоздушным охлаждением Стали  10, 20, СтЗ, стали 15Л-П,  15ХМЛ Кокили для мелких, средних, крупных и особо крупных отливок из чугуна, стали, алюминиевых, магниевых, медных сплавов Медь и ее сплавы, легированные стали и сплавы с особыми свойствами Вставки для интенсивного охлаждения отдельных час­тей отливок; тонкостенные водоохлаждаемые кокили; массивные металлические стержни для отливок из раз­личных сплавов АЛ9, АЛ11 Водоохлаждаемые кокили с анодированной поверх­ностью для мелких отливок из алюминиевых, медных сплавов, чугуна

            Наиболее широко для изготовлениякокилей применяют серый и высокопрочный чугуны марок СЧ20, СЧ25, ВЧ42-12, таккак эти материалы в достаточной мере удовлетворяют основным требо­ваниям исравнительно дешевы. Эти чугуны должны иметь ферритно-перлитную структуру.Графит в серых чугунах должен иметь форму мелких изолированных включений. Вэтих чугунах не допускается присутствие свободного цементита, так как принагревах кокиля происходит распад цементита с изменением объема материала, врезультате в кокиле возникают внутренние напряжения, способствующие короблению,образованию сетки разгара, снижению его стойкости. В состав таких чугунов дляповышения их стойкости вводят до 1% никеля, меди, хрома, а со­держание вредныхпримесей серы и фосфора должно быть мини­мальным. Например, для изготовлениякокилей с высокой тепло-нагружснностью рекомендуется [14] серый чугунследующего химического состава, мае. %: 3,0—3,2 С; 1,3—1,5 Si; 0,6—0,8 Mn; 0,7—0,9 Cu; 0,3—0,7 Ni; 0,08—0,1 Ti; до 0,12 S; до 0,1 Р.

            Для изготовления кокилейиспользуют низкоуглеродистые стали 10, 20, а также стали, легированные хромом имолибденом, например 15ХМЛ. Эти материалы обладают высокой пластич­ностью,поэтому хорошо сопротивляются растрескиванию при эксплуатации. Кокили длямелких отливок из чугуна и алюми­ниевых сплавов иногда изготовляют из алюминиевыхсплавов АЛ9 и АЛ11. Такие кокили анодируют, в результате чего на их рабочейповерхности образуется тугоплавкая (температура плав­ления около 2273 К)износостойкая пленка окислов алюминия толщиной до 0,4 мм. Высокая теплопроводностьалюминиевых стенок кокиля способствует быстрому отводу теплоты от отливки.

Таблица 2.1

Материалы для изготовления деталей кокилей

 

Детали кокиля Условия работы Материал Стержни, штыри, обратные толкатели, тяги Соприкасаются с жидким металлом, работают на Сталь 45 Стержни,    вставки,    вытал­киватели с резкими  перехо­дами в сечениях истирание Оформляют глубокие поло­сти   отливок   и    находятся под действием высоких тем­ператур ЗОХГС, 35ХГСА, 35ХНМ, 4Х5МФС Выталкиватели Испытывают ударные на­грузки У8А; У10А Оси, валы, эксцентрики Работают на истирание Сталь 25*

* Подвергают цементации.

Эти кокили обычно делают водоохлаждаемыми.Медь также часто используют для изготовления рабочих стенок водоохлаждаемыхкокилей. Из меди делают отдельные вставки, вкладыши в местах, где необходимоускорять теплоотвод от отливки и тем самым управлять процессом еезатвердевания.

            Стержни простой конфигурацииизготовляют из конструкцион­ных углеродистых сталей, а сложной конфигурации —из легиро­ванных сталей, для прочих деталей — осей, валов, болтов и т. д.—используют конструкционные стали (табл. 2.1).

Изготовление кокилей

            Кокили небольших размеров длямелких отливок из алюминиевых, магниевых, цинковых, оловянных сплавовизготовляют литыми из чугуна, а также часто из поковок обработкой резанием сэлектрофизической и электрохимической обра­боткой рабочих полостей. Болеекрупные кокили — выполняют литыми. При отливке рабочихстенок кокилей особое внимание обращают на то, чтобы заготовки не имеливнутренних напряжений, что обеспечивается технологией литья, а также.снижениемуровня остаточных напряжений соответствующей термической обра­боткой.

            Желательно выполнять литуюзаготовку кокиля такой, чтобы не требовалось обработки резанием рабочих полостей,в крайнем случае производилась бы их зачистка. Это обеспечивает снижениестоимости кокиля и повышение стойкости рабочей поверхности к появлению сеткиразгарных трещин при эксплуатации.

            Однако решить эту задачутрудно, особенно если конфигурация рабочей полости сложная. Поэтому литыенеобработанные кокили применяют для отливок несложной конфигурации. Рабочуюполость кокиля выполняют стержнями, кото­рые для получения чистой поверхностикокиля, без пригара, обязательно окраши­вают или натирают противопригарнымипастами. Без окраски используют лишь стержни, получаемые по нагреваемойоснастке из смесей со связующим ПК-104, а также стержни из песков зернистостине выше 016, стержни из цирконовых песков.

Для получения литых кокилей из сталииспользуют СО2 — процесс, а также керамические формы,изготовляемые по постоянным моделям [11]. Последний способ позволяет получатьрабочие полости кокилей сложной конфигурации без обработки резанием. Точностьразмеров рабочих полостей в этом случае дости­гает 12 — 14-го квалитетов по СТСЭВ 145—75, а шероховатость поверхности

Rz = 40÷10 мкм по ГОСТ 2789—73. Использование керамическихформ для изготовления рабочих стенок кокилей позволяет снизить объем обработкиреза­нием на 50—60%.

            Литые заготовки стальныхкокилей после отливки подвергают термической обработке — нормализации.Термическую обработку стальных водоохлаждаемых кокилей проводят после приваркик ним кожухов и коробок для подачи жидкости, так как при сварке в конструкциинеизбежно возникнут внутренние напряжения, которые могут привести к короблениюкокиля при эксплуатации.

            Для стабилизации размеров иформы стальные кокили перед окончательной обработкой резанием подвергаютстарению по режиму: нагрев до 773—873 К, выдержка 2 ч на каждые 25 мм толщиныстенки, охлаждение с ночью до 473— 573 К и далее на воздухе. Используют также«тренировку» — циклическую тер­мическую обработку: в печь, нагретую до 1173 К,помещают кокиль и нагревают до 573 К, затем охлаждают обдувкой воздуха. Этотцикл повторяют 3—4 раза. Стареыие и циклическую термическую обработку поуказанным режимам исполь­зуют также и для чугунных заготовок кокилей.

Стойкость кокилей и пути ее повышения

            Стойкость кокилей измеряетсячислом отливок требуемого, качества, полученных в данном кокиле до выхода его изстроя. Приблизительная стойкость кокилей приведена в табл. 2.2.

Увеличение стойкости кокиля при литьечугуна, стали, медных сплавов позволяет повысить эффективность производстваотливок благодаря снижению затрат на изготовление кокиля, расширить область примененияэтого перспективного технологического про­цесса.

Таблица 2.2

Приблизительная стойкость кокилей

Заливаемый  сплав Отливки

Материал

кокиля

Стойкость   кокиля (число отливок) Медные Мелкие Средние Чугун 1000—10000 1000—8000 Мелкие Средние Сталь 1 000— 1 500 500 — 3000 Алюминиевые, магниевые, цинковые Мелкие Средние Крупные Чугун Сотни  тысяч Десятки  тысяч Несколько тысяч

            Основной причиной разрушения кокиля являются сложныетермохимические процессы, вызываемые неравномерным цикличе­ским нагревом иохлаждением рабочей стенки кокиля во всех трех ее измерениях (по толщине,длине, ширине). Это приводит к появлению неоднородного, изменяющегося сизменением темпе­ратуры поля напряжений в стенке кокиля, вызывающего ее упру­гиеи пластические деформации. Последние приводят к остаточным деформациям инапряжениям. Теоретически показано, что в по­верхностном слое кокилянереализованная термическая деформа­ция обычно в 2 раза превосходит деформацию,соответствующую пределу текучести материалов при определенной температуре.Поэтому в каждом цикле нагружения (заливка — выбивка) де­формация сжатиясменяется деформацией растяжения, что приво­дит к термической усталостиматериала кокиля. Термические напряжения возникают также вследствие структурныхпревраще­ний и роста зерна материала кокиля, протекающих тем интенсив­нее, чемвыше температура его нагрева.

            Способность кокиля выдерживатьтермические напряжения за­висит от механических свойств его материала притемпературах работы кокиля. Эти свойства резко снижаются при нагреве. Напри-:мер, предел текучести стали 15 при нагреве до 900 К уменьшается в 3 раза.

            Уровень возникающих в кокиленапряжений зависит также от конструкции кокиля — толщины его стенки,конструкции ребер жесткости и т. д. Например, тонкие ребра жесткости большойвысоты приводят к появлению трещин на рабочей поверхности кокиля, а низкиеребра могут не обеспечить жесткость кокиля и привести к короблению.

            Стойкость кокилей обеспечивается конструктивными, техноло­гическимии эксплуатационными методами.

Конструктивные методы основаны направильном вы­боре материалов для кокилей в зависимости от преобладающего видаразрушения, разработки рациональной конструкции кокиля.

/>            Термические напряжения,приводящие к снижению стойкости кокиля, являются следствием нереализованнойтермической де­формации: менее нагретые части кокиля (слои рабочей стенки,прилегающие к внешней нерабочей поверхности, ребра жесткости) препятствуютрасширению нагревающейся металлом отливки час­ти кокиля. Уменьшить напряжениявозможно, если термическая деформация нагретой части происходитбеспрепятственно. Этого можно достичь, если расчленить рабочую стенку кокиля наотдель­ные элементы (вставки) в продольном (рис. 2.10, 6) или попереч­ном (рис.2.10, а) направлениях. Тогда вследствие зазоров между элементами кокиля каждыйиз них при нагреве расширяется свободно.

/>            Для повышения стойкостикокилей используют сменные встав­ки 1, оформляющие рабочую полостькокиля (рис. 2.10, в). Благо­даря зазорам между корпусом 2 и вставкой 1термическая деформация вставки протекает свободно, возникающие в ней напряже­нияснижаются, стойкость кокиля возрастает. Наиболее эффек­тивно использованиесменных вставок в многоместных кокилях.

            Технологические методынаправлены на повышение стойкости поверхностного слоя рабочей полости, имеющегонаибольшую температуру при работе кокиля. Для этого использу­ют армирование,поверхностное легирование, алитирование, силицирование, термическую обработкуразличных видов, наплавку, напыление на рабочую поверхность материалов,повышающих стойкость кокиля. Каждый из этих способов предназначен для повышениястойкости кокиля к разрушениям определенного вида.

/>            Эксплуатационные методыповышения стойкости кокилей основаны на строгой регламентации температурногорежима кокиля, зависящего от температуры кокиля перед заливкой, температурызаливаемого металла, состава, свойств и состояния огнеупорного покрытия на егорабочей поверхности, темпа />(часто­ты заливок) работы кокиля. Передзаливкой кокиль нагревают или охлаждают (если он был нагрет) до оптимальной дляданного сплава и отливки температуры TФ (см. табл. 2.4). Начальная тем­пература Тфкокиля зависит от темпа работы кокиля (рис. 2.11). При повышении темпаработы сокращается продолжительность tц цикла, в основном вследствие уменьшениявремени t3anот выбивки отливки из кокиля до следующейзаливки. Это приводит к тому, что в момент заливки кокиль имеет температурунесколько выше требуемой (рис. 2.11, а), С увеличением Ц кокиля уменьшаетсяразность температур АГФ — Тюл — Тф исоответственно уменьшают­ся остаточные напряжения в кокилях изупруго-пластических мате­риалов. Вместе с тем повышение Гфспособствует интенсификации коррозии, структурных превращений и другихпроцессов в мате­риале кокиля, что снижает его стойкость.

/>            При уменьшении темпа работы(рис. 2.11,6) продолжитель­ность цикла возрастает также из-за увеличениявремени t3an. Это приведет к тому, что перед очередной заливкой температура Т'фбудет ниже заданной, соответственно возрастет разность температур АГФи увеличатся остаточные напряжения в кокиле, его стойкость понизится.Производственные данные показывают (рис. 2.12), что для данного конкретногококиля существует опти­мальный темп работы т, при котором стойкость его &залнаиболь­шая.

            На стойкость кокиля оказываетвлияние температура заливае­мого металла Гзал. Повышение температурыметалла выше требуе­мой по технологии для данной отливки приводит к снижениюстойкости кокиля и ухудшению качества отливки — усадочным раковинам, рыхлотам,трещинам.

/>            Стойкость кокиля может бытьповышена при надлежащем уходе за ним при эксплуатации. Это обеспечиваетсясистемой планово-предупредительного ремонта (ППР).

ТЕХНОЛОГИЯ ЛИТЬЯ В КОКИЛЬТехнологические режимы литья

            Почти всегда, за исключениемособых случаев, требуемое качество отливки достигается при условии, еслилитейная форма заполнена расплавом без неспаев, газовых и неметаллическихвключений в отливке, а при затвердевании в отливке не образо­валось усадочныхдефектов — раковин, пористости, трещин — и ее структура и механические свойстваотвечают заданным. Из теории формирования отливки известно, что эти условиядости­жения качества во многом зависят от того, насколько данный технологическийпрооцесс обеспечивает выполнение одного из общих принципов получениякачественной отливки — ее направ­ленное затвердеание и питание. Направленноезатвердевание и питание усадки отливки обеспечивается комплексом мероприя­тий:рациональной конструкцией отливки, ее расположением в форме, конструкцией ЛПС,технологическими режимами литья, конструкцией и свойствами материала формы и т.д., назначаемых технологом с учетом свойств сплава и особенностей взаимодейст­вияформы с расплавом. Напомним, что при литье в кокиль главная из этихособенностей — высокая интенсивность охлаждения рас­плава и отливки. Этозатрудняет заполнение формы расплавом, ускоряет охлаждение его в форме, что невсегда благоприятно влияет на качество отливок, особенно чугунных.

/>            Интенсивность тепловоговзаимодействия между кокилем и расплавом или отливкой возможно регулировать вшироких пре­делах. Обычно это достигается созданием определенного терми­ческогосопротивления на границе контакта отливки 1 (рас­плав) — рабочаяповерхность полости кокиля 2 (рис. 2.13). Для этого на поверхностиполости кокиля наносят слой 3 огнеупорной облицовки и краски (табл.2.3). Благодаря меньшей по сравнению с металлом кокиля теплопроводности λкрогнеупорного покрытия между отливкой и кокилем возникает термическоесопротивление переносу теплоты:

/>,

где/> — коэффициент тепловой проводимостиогнеупорного покры­тия- /> — толщина слоя огнеупорного покрытия.

/>Огнеупорное покрытие уменьшает скорость qотвода теплоты от расплава  и отливки, зависящую от тепловой  проводимости огнеупорного покрытия и разности междутемпературой /> поверх­ности отливки и температуры  /> поверхности кокиля:

/>.

Величины /> и λкр возможно изменять в самых широких пределах,регулируя коэффициент теп­ловой проводимости огнеупорного покрытия исоответственно скорость охлаждения отливки, а следовательно, ее структуру,плотность, механические свойства.

Таблица 2.3

Составы огнеупорных покрытий (красок)кокилем

Назначение Компоненты Содержание, мас.% Коэффициент теплопро­водности, Вт/ (.ч -К) Для   отливок   из   алюми- ниевых сплавок 1   Окись цинка 15 0,41 Асбест          прокаленный (пудра) 5 /> /> /> /> /> Жидкое стекло 3 /> /> Вода 77 /> /> 2. * Асбест      прокаленный 8.7 0,27 /> Мел молотый 17,5 /> /> Жидкое стекло 3,5 /> /> Вода 70,3 /> Для   отливок  id   магние- 3. Тальк 18 0,39 вых сплавок Борная  кислота 2,5 /> /> Жидкое стекло 2,5 /> /> Вода 77 /> Для   отливок   из   чугуна 4.  Пылевидный кварц 10— 15 0,58 /> Жидкое стекло 3 — 5 /> /> Вода 87—80 /> /> 5. * Молотый шамот 40 0,25 /> Жидкое стекло 6 /> /> Вода 54 /> /> Марганцевокйслый     ка- /> /> /> лий 0,05 % (сверх 100 %) /> /> Для    отливок    из    стали 6. Огнеупорная составляю- 30 —40 0,3 /> щая (циркон, карбооунд, /> /> /> окись хрома) /> /> /> Жидкое стекло 5 — 9 /> /> Борная  кислота 0,7—0,8 /> /> Вода

Остальное  до  плотно-

сти 1,1-1,22 г/см3

/>

* Составы применяют для покрытия поверхности литниковых каналов ивыпоров.

            В соответствии с необходимой скоростьюотвода теплоты от различных мест отливки толщину /> и теплопроводность λкр огне­упорногопокрытия можно делать разными в различных частях кокиля, создавая условия длянаправленного затвердевания отливки, регулируя скорость ее охлаждения вотдельных местах.

            Огнеупорное покрытие уменьшает скорость нагрева рабочейповерхности кокиля; благодаря термическому сопротивлению огнеупорного покрытиятемпература рабочей поверхности будет ниже, чем без покрытия. Это снижаетразность температур по толщине кокиля, уменьшает температурные напряжения в неми повышает его стойкость.

Огнеупорное покрытие на поверхности кокилядолжно иметь заданную теплопроводность, хорошо наноситься и удерживаться наповерхности формы, противостоять резким колебаниям темпе­ратуры, не выделятьгазов при нагреве, способных растворяться в отливке или создавать на ееповерхности газовые раковины. Покрытия приготовляют из огнеупорных материалов,связую­щих, активизаторов и стабилизаторов (см. табл. 2.3).

            В качестве огнеупорных материаловприменяют пыле­видный кварц, шамотный порошок, окислы и карбиды металлов,тальк, графит, асбест. Связующие для покрытий — жидкое стекло, огнеупорнаяглина, сульфитный щелок.

            Активизаторы применяют для улучшениясхватывания с поверхностью кокиля. В качестве активизаторов используют дляшамотных и асбестовых покрытий буру (Na2B4O7* lOH2O) и борную кислоту (Н3ВO4); длямаршалитовых — кремнефто-ристый натрий (Na2SiF6), для тальковых — буру, борную кислоту или марганцевокислыйкалий. Перед приготовлением огнеупорные материалы просеивают через сито 016—01.

            Стабилизаторы применяют для того, чтобыуменьшить седиментацию огнеупорных составляющих покрытия. Чаще всего этоповерхностно-активные вещества ОП5, ОП7.

При литье в кокиль чугуна для устраненияотбела в отливках на огнеупорное покрытие наносят копоть (сажу) ацетиленовогопламени.

            Толщину слоя огнеупорного покрытия контролируютизмери­тельными пластинами, проволочками, прямым измерением, элект­роконтактнымспособом. При прямом измерении толщину слоя облицовки определяют микрометром(рис. 2.14): измеряют рас­стояние от базовой поверхности 1 до поверхностей 2и 3, соответст­венно не покрытой и покрытой облицовкой. Разностьдает толщину слоя облицовки.

                Схемараспределения температур в системе отливка — покрытие — форма практическиреализуется только для поверхностей отливки, которые при усадке образуютплотный контакт с кокилем, между охватываемыми поверхностями отливки и кокилемобразуется зазор, изменяющийся по мере усадки отливки. Этот зазор заполненвоздухом и газами, выделяющимися из покрытия. Образо­вание зазора приводит кувеличению термического сопротивления переносу теп­лоты от отливки в кокиль.Поэтому со стороны внутренних стенок отливка охлаж­дается интенсивнее, чем состороны внеш­них. В результате смещается зона образо­вания осевой пористостиотливки к наружной ее стенке, что следует учитывать при разработ­ке системыпитания усадки отливки.

                Рассмотренноеявление используют для устранения отбела в поверхностных случаях чугунныхотливок. Для этого после образо/>вания в отливке твердой корочки достаточной прочностикокиль слегка раскрывают гак чтобы между поверхностями отливки и кокиляобразовался воздушный зазор. Тогда теплота затвердевания внутренних слоевотливки, проходя через затвердевающую наружную корку, разогревает ее и врезультате происходит «самоотжиг» отливки — она не имеет отбела.

/>            Скорость отвода теплоты от расплава иотливки зависит от разницы между температурами поверхностей отливки Т0и кокиля ТпС повышением температуры заливаемого расплававозрастает температура То и скорость отвода теплоты от отливки; с повыше­ниемтемпературы Тnскоростьотвода теплоты от отливки умень­шается. Поэтому на практике широко используютрегулирование скорости отвода теплоты от расплава и отливки, изменяя темпе­ратурызаливаемого сплава или кокиля перед заливкой. Однако чрезмерное снижениетемпературы заливаемого сплава приводит к ухудшению заполняемости кокиля.Повышение температуры кокиля увеличивает опасность приваривания отливки ккокилю, особенно при литье чугуна и стали, снижает стойкость кокиля.

            Практически установлено, что оптимальнаятемпера­тура кокиля перед заливкой зависит от заливаемого сплава, толщиныстенки отливки и ее конфигурации (табл. 2.4).

            Температура заливки расплава в кокильзависит от его химического состава, толщины стенки отливки, способа ее пита­нияпри затвердевании. Оптимальные температуры заливки в ко­киль различных сплавовприведены ниже.

Особенности изготовления отливок из различныхсплавов

Технологические режимы изготовления отливок из различных сплавовобусловлены их литейными свойствами, конструкцией отливок и требованиями,предъявляемыми к их качеству.

Таблица 2.4

Температура нагрева кокилей перед заливкой

Сплавы Отливки Толщина стенки  от­ливок,  мм Температура нагрева кокиля, К Алюминиевые Тонкостенные, ребристые 1,6—2,1 673—693 /> Ребристые, корпусные 5—10 623—673 /> Простые, без ребер <8 >8 523—623 473—523 Магниевые Тонкостенные, сложные /> 623—670 Медные Толстостенные Средней сложности 5—10 523—620 393—473 Отливки из алюминиевых сплавов

            Литейные свойства. Согласно ГОСТу литейные алюминиевые сплавыразделены на пять групп. Наилучшими литейными свой­ствами обладают сплавы I группы — силумины. Они имеют хоро­шую жидкотекучесть,небольшую (0,9—1%) линейную усадку, стойки к образованию трещин, достаточногерметичны. Это сплавы марок АЛ2, АЛ4, АЛ9, их широко используют впроизводстве. Однако они склонны к образованию грубой крупнозернистой эвтектикив структуре отливки и растворению газов.

            При литье силуминов в кокиль структураотливок вследствие высокой скорости кристаллизации получается мелкозернистой.Основной недостаток сплавов I группы прилитье в кокиль — склонность к образованию рассеянной газовой пористости в от­ливках.

Сплавы II группы (медистые силумины) также нередко отли­вают в кокиль. Этисплавы обладают достаточно хорошими ли­тейными свойствами и более высокойпрочностью, чем силумины, менее склонны к образованию газовой пористости вотливках.

            Сплавы III — V групп имеют худшие литейные свойства —пониженную жидкотекучесть, повышенную усадку (до 1,3%), склонны к образованиютрещин, рыхлот и пористости в отливках. Получение отливок из этих сплавовтребует строгого соблюдения технологических режимов, обеспечения хорошегозаполнения фор­мы, питания отливок при затвердевании.

            Все литейные алюминиевые сплавы в жидкомсостоянии интен­сивно растворяют газы и окисляются. При затвердевании сплавагазы выделяются из раствора и образуют газовую и газоусадочную пористость,которая снижает механические свойства и герметич­ность отливок. Образующаяся наповерхности расплава пленка окислов при заполнении формы может разрушаться ипопадать в тело отливки, снижая ее механические свойства и герметичность. Привысоких скоростях движения расплава в литниковой системе пленка окислов,перемешиваясь с воздухом, образует пену, попа­дание которой в полость формыприводит к дефектам в теле от­ливок.

            Влияние кокиля на свойства отливок. Интенсивное охлаждение расплава и отливкив кокиле увеличивает скорость ее затвердева­ния, что благоприятно влияет наструктуру — измельчается зерно твердого раствора, эвтектики и вторичных фаз.Структура силу­минов, отлитых в кокиль, близка к структуре модифицированныхсплавов; снижается опасность появления газовой и газоусадочной пористости,уменьшается вредное влияние железа и других при­месей. Это позволяет допускатьбольшее содержание железа в алюминиевых отливках, получаемых в кокилях, посравнению с отливками в песчаные формы. Все это способствует повышениюмеханических свойств отливок, их герметичности.

            Кокили для литья алюминиевых сплавовприменяют массив­ные, толстостенные. Такие кокили имеют высокую стойкость ибольшую тепловую инерцию: после нагрева до рабочей тем­пературы они охлаждаютсямедленно. Это позволяет с большей точностью поддерживать температурный режимлитья и получать тонкостенные отливки. Для отливок сложной конфигурации ис­пользуюткокили, имеющие системы нагрева или охлаждения отдельных частей. Это даетвозможность обеспечить направлен­ное затвердевание и питание отливок. Дляполучения точных отливок рабочую полость кокиля обычно выполняют обработкойрезанием.

            Положение отливки в форме должноспособствовать ее направленному затвердеванию: топкие части отливки распола­гаютвнизу, а массивные вверху, устанавливая на них прибыли и питающие выпоры.

            Литниковая система должна обеспечивать спокойное, плавное поступление расплавав полость формы, надежное улавливание окисных плен, шлаковых включений ипредотвратить их образова­ние в каналах литниковой системы и полости кокиля,способст­вовать направленному затвердеванию и питанию массивных узлов отливки.

Используют литниковые системы с подводомрасплава сверху, снизу, сбоку, комбинированные и ярусные (рис. 2.15, а).

            Литниковые системы с верхним подводом ис­пользуютдля невысоких отливок типа втулок и колец (I, 1—3). Такие литниковые системы просты, позволяют достичьвысокого коэффициента выхода годного. Заливка с кантовкой кокилей с такойлитниковой системой обеспечивает плавное заполнение формы и способствуетнаправленному затвердеванию отливок.

            Литниковые системы с подводом расплаваснизу используют для отливок корпусов, высоких втулок, кры­шек (II, 1—3). Для уменьшения скорости входа расплава в форму стояк делаютзигзагообразным (II, 1), наклонным (II,2). Для задержания шлакаустанавливают шлакозадерживающие бобыш­ки Б (II, 1); дляудаления первых охлажденных порций расплава, содержащих шлаковые включения,используют промывники П (II3).

            Литниковые системы с подводом расплав, асбоку через щелевой литник (III, 1—3),предложен­ные акад. А. А.Бочваром и проф. А. Г. Спасским, сохраняют ос­новные преимущества сифоннойзаливки и способствуют направ­ленному затвердеванию Отливки. На практикеиспользуют несколь­ко вариантов таких систем. Стояки выполняют также наклоннымиили сложной формы, так называемые гусиные шейки. Эти стояки снижают скорость,исключают захват воздуха, образование шла ков и пены в литниковой системе,обеспечивают плавное заполне­ние формы расплавом. При заливке крупных отливокобязатель­ным элементом литниковой системы является вертикальный канал,являющийся коллектором.

I

/>1

/>2

/>

II

/>1

/>2

/>3

III

/>1

/>2

/>3

IV

/>1

/>2

/>3

V

/>1

/>2

/>3

/>/>

            Расплав (рис. 2.15,6) из чаши / поступаетв зигзагообразный стояк 2, а из него — в вертикальный канал 3 — колодец— и вер­тикальный щелевой питатель 4, Соотношение площадей попереч­ныхсечений элементов литниковой системы подбирают так, чтобы уровень расплава вформе во время ее заполнения был ниже уровня в канале 3; верхние порциирасплава должны сливаться в форму и замещаться более горячим расплавом. Размерыкана­ла 3 и питателя 4 назначают сообразно с толщиной стенкиотливки 5; чтобы избежать усадочных дефектов в отливке, расплав в кана­ле 3 ипитателе 4 должен затвердевать позже отливки. Недоста­ток литниковойсистемы — большой расход металла на литники и сложность отделения их ототливки.

            Литниковые системы с комбинированным под­водомиспользуют для сложных отливок (см. рис. 2.15, а IV, 1—3). Нижний питатель способствует спокойному заполнению формы, аверхний подает наиболее горячий расплав под прибыль, улучшая ее питающеедействие.

            Ярусные литниковые системы используют дляулуч­шения заполнения формы тонкостенных сложных или мелких отливок (V, 1—3).

            Размеры элементов литниковых систем дляотливок из алюми­ниевых и магниевых сплавов определяют, исходя из следующихположений: значения критерия Reдляразличных элементов лит­никовой системы (стояка, коллектора, питателей) недолжны превосходить гарантирующих минимальное попадание окислов инеметаллических включений в форму вследствие нарушении сплошности; скоростьдвижения расплава в форме должна обес­печить ее заполнение без образования вотливке неслитин и спаев.

            Ниже приведены максимальные допустимыезначения кри­терия Re= ud/vдля различных элементов литниковых систем, по данным Н. М. Галдинаи Е. Б. Ноткина [8]:

Стояк

Коллектор

Питатели

Форма:

            простая .

            сложная

43500—48300

28000—33800

7800—5300

2600—1350

780

Из приведенных данных следует, что дляполучения качест­венных  отливок  скорость  движения   расплава  должна  убывать от сечения стояка к питателю. Поэтому для отливок из алюми ниевыхсплавов применяют расширяющиеся литниковые системы с соотношением

fc:fк:fп=l:2:3 или1:2:4,                     (2.1)

где fc, fк, fn — площади поперечного сечения стояка,коллектора, питателя соответственно.

            Для   крупных    (50—70  кг)    и   высоких    (750   мм)    отливок fc:fк:fп=1:3:4 или 1:3:5.

            Для определения среднего значенияминимально допустимой скорости подъема расплава в форме ифиспользуют различные теоретические и экспериментальные зависимости,учитывающие химический состав сплава, конфигурацию отливки, температуру формы исплава и т. д. Наиболее простой, но достаточно точной, является зависимость,установленная А. А. Лебедевым [8],

uф =(3,0÷4,2)/lo,                                (2.2)

где uф — начальная скорость подъема расплава вформе, см/с; lо — характерная толщина стенки отливки,см; при отношении Hо/lо<50принимают меньшие значения коэффициента в правой части (2.2), при Hо/lо>50 — большие его значения; Н0— высотаотливки без прибылей и выпоров.

            При литье мелких и средних отливок вкокиль площадь попе­речного сечения стояка определяют по формуле

/>(3,0÷4,2)/>,                        (2.3)

где G— масса отливки, г; /> — плотность сплава, /> - скорость движения расплава в узком сечении стояка, см/с.

            Скорость /> определяют по формуле />, где расчетный напор, определяют по известным формулам [4]; /> —коэффициент расхода, принимают [4]:  /> = 0,65÷0,76 для нижнего подвода; /> ==0,7÷0,8 для ярусной системы; /> =0,56÷0,67 для комбинированного способа подвода. Меньшие значения /> прини­мают для пониженных температур заливки.

            Определив по формуле (2.3) />, по соотношению (2.1) находят площади поперечного сеченияостальных элементов литниковой системы. В кокиле выполняют каналы литниковойсистемы в соот­ветствии с минимальными расчетными размерами, которые придоводке технологии отливки в случае необходимости увеличивают.

При литье крупных, сложных отливок дляопределения разме­ров литниковой системы пользуются специальными методами [8].

            Технологические режимы литья назначают в зависимости от свойств сплава,конфигурации отливки и предъявляемых к ней требований.

Состав и толщину слоя краски наповерхности рабочей полости кокиля назначают в соответствии с рекоменда­циямитабл. 2.3. Для регулирования скорости отвода теплоты от различных частейотливки толщину и свойства огнеупорных покры­тий в разных частях кокиля частоделают различными. Для1 окраски в этом случае используют трафареты.Поверхности кана­лов литниковой системы покрывают более толстым слоем красок спониженной теплопроводностью, а поверхности прибыльных час­тей иногда оклеиваюттонколистовым асбестом (клеем служит жидкое стекло).

            Температуру нагрева кокиля перед заливкойприни-мают, руководствуясь данными табл. 2.4.

Температурузаливки расплава в кокильназначают в зависимости от химического состава сплава, толщины стенки отливки иее размеров. Для силуминов типа АЛ2, АЛ4, АЛ9 ее принимают равной 973—4023 К,для широкоинтервальных сплавов типа АЛ 19, обладающих пониженнойжидкотекучестью,— рав­ной 993—1043 К.

            Продолжительность выдержки отливки в ко­киленазначают с учетом ее размеров и массы. Обычно отливки охлаждают в форме дотемпературы 650 К. Продолжительность охлаждения отливки до температуры выбивкиопределяют рас­четом по известным формулам [2, 14] и окончательно коррек­тируютпри доводке технологического процесса.

Отливки из магниевых сплавов

            Литейные свойства. Магниевые литейные сплавы по сравнению салюминиевыми обладают худшими литейными свойствами: пониженной жидкотекучестью,большой (1,2—1,5%) усадкой, склонностью к образованию горячих трещин, пониженнойгер­метичностью, высокой склонностью к окислению в жидком и твер­дом состоянии,способностью воспламеняться в жидком состоянии. Магниевые сплавы имеют большойинтервал кристаллизации, склонны к растворению газов и поэтому в отливках частообра­зуются микрорыхлоты. Отливки нз магниевых сплавов склонны к короблению призатвердевании и термической обработке.

            Наибольшее применение для литья в кокильнашли сплавы МЛ5 (системы Mg — А1 — Zn), МЛ6 (системы Mg — Al — Zn), МЛ12 (системы Mg — Zn — Zr) МЛ10 (Mg — Nd — Zr).

            Влияние кокиля на свойства отливок. Кокиль практически не вступает вхимическое взаимодействие с магниевым расплавом, что уменьшает окисляемостьсплава, улучшает качество отливок. Пониженная жидкотекучесть сплавов вызываетнеобходимость за­ливать их в кокили при повышенной температуре, особенно приизготовлении тонкостенных отливок. Это приводит к повышению окисляемостисплава, вероятности попадания окислов в отливку, увеличению размеров зерна вструктуре, ухудшению механических свойств отливки.

            Для предотвращения горячих трещин вотливках, обусловлен­ных повышенной усадкой сплавов, необходимо осуществлять«подрыв» неподатливых металлических стержней или использо­вать песчаныестержни; модифицирование сплавов церием и вис­мутом повышает трещиноустойчивостьсплавов.

            Положение отливки измагниевого сплава в кокиле име­ет особенно важное значение для направленного еезатвердевания и питания. Для питания отливки обязательно используют прямые илиотводные прибыли; для лучшей их работы прибыли выполняют в стержневых,асбестовых или керамических вставках.

            Литниковые системы для магниевых сплавоврасширяющиеся: fc:fк:fп= 1:2:3. Для крупных и сложных отливок fc:fк:fп  = 1:4:6.

            Размеры элементов литниковыхсистем определяют, пользуясь формулами. (2.1), (2.3) и зависимостямикоэффициентов расхода, приведенными выше. Объем прямой или отводной прибылиопре­деляют из соотношения Vпр=(2-2,5) Vп.о, где Vп.о— объем питаемого узла отливки. Способы подвода расплава в кокиль и кон­струкциилитниковых систем такие же как и для алюминиевых сплавов (см. рис. 2.15).Особое внимание следует обращать на рассредоточенный подвод расплава в рабочуюполость. Этовызвано пониженной жидкотекучестью магниевых сплавов и ихмалой теплопроводностью. Последнее свойство при сосредоточенном под­водеприводит к замедленному охлаждению отлпвки в месте под­вода питателя иобразованию в эгом месте усадочных дефектов — пористости, рыхлот, трещин.

            Технологические режимы литьямагнеевых сплавов в кокиль назначают с учетом их литейных свойств, конфигурацииотливки и предьявляемых  к  ней требований.

            Состав и толщину краскирабочей полости кокиля принимают но рекомендациям табл. 2.3. Дляустранения окисления и загорания сплава при заливке рекомендуется покрыватьпо-верхность кокиля и кромки заливочной чаши серным цветом, кото-рый сгорая,создает защитную среду вокруг отливки.

            Температуру нагрева кокиляперед залинкой назна-чают впределах указанных в табл. 2.4.

            Температура заливки магниевыхсплавов зависит от химического состава, но обычно на 100- 150 К выше линии лик­видна,что вызвано их пониженной жидкотекучестью. Обычно температура заливкисоставляет 1000-- 1020 К для тонкостенных отливок и 950-980 К для массивных,толстостенных

Отливки из медных сплавов

            Литейные свойства. Литьем в кокиль изготовляют отливки излатуней, бронз, а также чистой меди.

Латуии имеют обычно небольшой интервалкристаллизации, хорошую жндкотекучесть, но большую усадку; 1,5—2,5% взави-симости от химического состава. Латуни мало склонны к образо­ваниюусадочной пористости, но, как и все медные сплавы, ин­тенсивно, растворяютводород, особенно кремнистые латуни, отлив­ки из которых часто поражаютсягазовой пористостью.

Бронзы оловянные имеют высокуюжидкотекучесть, повы­шенную усадку (1.4—1,6%), большой интервал кристаллизации,а потому и повышенную склонность к образованию усадочной пористости в отливках.Алюминиевые бронзы имеют небольшой интервал кристаллизации, большую усадку(1,7—2,5%); отливки нз них получаются плотными, но они склонны к образованиюокис­ных плен из-за повышенной окисляемости содержащегося в них алюминия.Плены, попадающие в отливку, снижают ее механиче­ские свойства и герметичность.Кремнистые бронзы, аналогично кремнистым латупям, склонны к образованию газовойпористости.

Свинцовые бронзы склонны к ликвации,ухудшающей свойства отливок.

            Чистая медь имеет низкуюжидкотекучесть, высокую усад­ку (1,8—2%), интенсивно растворяет газы, которыепри затвер­дев а ни и отливки образуют газовую пористость и раковины в ней. Приплавке мель интенсивно окисляется. Окислы меди ухудшают ее литейные свойства, атакже механические свойства и электро­проводность отливок.

Влияние кокиля на качество отливок. Высокая скорость охлаж­дения изатвердевания при литье в кокиль благоприятно влия­ет на качество отливок: повышаютсяих механические свойства, герметичность, плотность, улучшается структура.Повышение скорости охлаждения способствует приближению характера за­твердеванияширокоинтервальных сплавов к последовательному. Поэтому, например, отливки изоловянных бронз в кокиль имеют большую плотность, чем при литье в песчаныеформы. Отлнвки из кремнистых латуне.й и бронз меньше поражены газовой порис­тостью,так как высокая скорость охлаждения расплава препят­ствует выделению газов израствора. Повышенная скорость за­твердевания отливок из свинцовых бронзуменьшает ликвацию, способствует измельчению включений свинца, что повышает ан­тифрикционныйсвойства отливок.

            Отливки из медных сплавов прилитье в кокиль часто поражены трещинами, так к.а-к кокиль неподатлив. Это затрудняетполу­чение в кокилях сложных тонкостенных отливок. Главная мера -предупрежденияэтих дефектов — хорошее раскисление и рафини­рование сплавов — освобождение ихот окислов, сильно влияю­щих на трещйноустойчивость сплавов, а также созданиеусловий для направленного затвердевания и питания отливки.

/>/>            Положениеотливки в кокиле должно обеспечивать направленное затвердевание.и питание еепри усадке. Поэтому располагают массивные ее части вверху и на нихустанавливают прибыли.

            Литниковая система (рис. 2.16,)для медных сплавов должна обеспечивать плавное заполнение формы и питатьотливку в процессе ее затвердевания. Поэтому литники делают большого сечения,одновременно выполняющими функции прибылей. Между стояком и питателемустанавливают питающие бобышки Б, , в кр-торых происходит такжечастичное шлакозадержание. Для отли­вок из алюминиевых, марганцевых икремнистых бронз используют нижний   подвод  расплава через зигзагообразные   инаклонные стояки (рис. 2.16, б, в), шлакоуловители и плоскиещелевидные питатели. Тонкостенные мелкие отливки заливают сверху (рис. 2.16,а), обычно с подводом расплава в питающую бобыш­ку Б. Для отливок измедных сплавов применяют как расширяю­щиеся, так и суживающиеся литниковыесистемы. Для сплавов, склонных к образованию  плен (алюминиевых,    марганцевыхбронз), используют расширяющиеся литниковые системы (fп:fл.х:fс=3:2: 1), а для латуни — суживающиеся (fп:fл.х:fс=1:2,5: 3,5).

            Размеры элементов литниковойсистемы определяют, пользуясь известным гидравлическим методом расчета [8].

            Технологические режимыназначают в зависимости от литейных свойств сплава, конфигурации отливки итребований к ней.

            В состав красок рабочихповерхностей кокилей вводят вещества, способные при взаимодействии с расплавомиспаряться и газифицироваться с образованием восстановительной среды,предотвращающей окисление расплава (см. табл. 2.3). Обычно это масла,графит, а также органические лаки, термореактивные смолы. Такие покрытиянаносят на поверхность кокиля перед каж­дой заливкой или через две-три заливки.

            Температуру нагрева кокиляперед заливкой назна­чают поданным табл. 2.4. Для получения отливок высокогокачест­ва из свинцовых бронз необходимо обеспечить высокую скоростьзатвердевания. Это достигается охлаждением кокилей водой, использованием длякокилей высокотеплопроводных материалов. Температура заливки медных сплавовзависит от хими­ческого состава и конфигурации отливки. Оловянные бронзызаливают при температурах 1420—1470 К; алюминиевые бронзы — при 1370—1430 К.Кремнистые латуни заливают при температурах 1250—1310 К, свинцовые латуни — при1300—1380 К. Массивные отливки заливают при температурах, близких к нижнемупределу рекомендованных, тонкостенные — к верхнему.

            Температуру выбивки отливок изкокилей назначают в зависимости от химического состава сплава, толщины стенкиотливки и ее конфигурации.

Финишные операции и контроль отливок из цветныхсплавов

            Отливки из алюминиевых,магниевых, медных сплавов контро­лируют дважды: до отрезки литников и прибылей(предваритель­ный контроль) и после. Литники и прибыли отрезают ленточными идисковыми пилами, а в массовом производстве — на специаль-

них станках. От мелких отливок из латунейлитники часто обруба­ют в штампах на прессах. При отрезке литников от отливокиз магниевых сплавов должны быть приняты особые меры для удале­ния стружки,способной к самовозгоранию. Режимы термической обработки назначают,руководствуясь химическим составом, кон­фигурацией отливки и требованиямитехнических условий. После этого проводят повторный контроль отливок, проверяяих соответ­ствие требованиям технических условий.

Дефекты отливок из цветных сплавов и меры ихпредупреждения

            Общие характерные дефектыотливок при литье в кокиль следующие: 1) недоливы и неслитины при низкойтемпературе расплава и кокиля перед заливкой, недостаточной скорости залив­ки,большой газотворности стержней и красок и плохой вентиляции кокиля; 2)усадочные дефекты (раковины, утяжины, пористость) из-за нарушений направленногозатвердевания и недостатного питания массивных узлов отливки, чрезмерно высокойтемпе­ратуры расплава и кокиля; местного перегрева кокиля, нерацио­нальнойконструкции литниковой системы; трещины появляются вследствие несвоевременногоподрыва металлического стержня или вставки, высокой температуры заливки,нетехнологичной кон­струкции отливки; 3) шлаковые включения образуются при ис­пользованиизагрязненных шихтовых материалов, недостаточном рафинировании перед заливкой,неправильной работе литниковой системы; 4) газовая пористость образуется принарушении хода плавки (использование загрязненных влагой и маслом шихт,чрезмерно высокого перегрева, недостаточного рафинирования или раскислениясплава).

            Специфические дефекты отливокиз магние­вых сплавов — это дефекты усадочного происхождения — пористость,трещины, рыхлоты,— обусловленные широким темпе­ратурным интерваломзатвердевания этих сплавов. Для устране­ния этих дефектов требуется доводка иточное соблюдение техно­логических режимов — температуры расплава и кокиля,краски и др. Часто отливки из магниевых сплавов вследствие плохой работылитниковой системы поражены шлаковыми включениями. Это недопустимо, так какприводит к коррозии отливки при ее эксплуатации и хранении. Такие дефектыустраняют тщательной доводкой литниковой системы и ведения процесса плавки.

            Специфические дефекты отливокиз медных сплавов следующие: газовая пористость при плохом рафини­ровании иочистке сплава от шлаковых частиц; вторичные окисные плены при литьеалюминиевых бронз вследствие разделения потока расплава на струи и окисленияего в форме; трещины из-за плохого раскисления сплавов при плавке.