Реферат: Литье в кокиль

МосковскийГосудорственный Авиационный Технологический Университет       имени К.Э.Циолковского

Кафедра:Технология литейного производства

Литье в кокиль

Студент группы 1МТСВ-3-8  Мошкин Ю.Б.

Преподаватель Бобрышев Б.Н.

Москва, 1995 год.

СУЩНОСТЬПРОЦЕССА. ОСНОВНЫЕ ОПЕРАЦИИ.

ОБЛАСТЬИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Кокиль- металлическая форма, которая заполняется расплавом под действиемгравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы кокиль может бытьиспользован многократно. Таким образом, сущность литья в кокили состоит вприменении  металлических материалов дляизготовления многократно используемых литейных форм, металлические частикоторых составляют их основу и формируют конфигурацию и свойства отливки.

Кокильрис. обычно состоит из двух полуформ 1, плиты 2, вставок 10. Полуформы взаимноцентрируются  штырями 8, и перед заливкойих соединяют замками  9. Размерырабочей   полости   13 кокиля больше размеров отливки на  величину усадки сплава. Полости и отверстия в отливке могут быть выполненыметаллическими 11  или песчаными 6стержнями, извлекаемыми из отливки после ее затвердевания и охлаждения дозаданной температуры. Расплав заливают в кокиль через литниковую систему 7,выполненную в его стенках, а питание массивных узлов отливки осуществляется изприбылей (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 операции технологического процесса.Передзаливкой расплава новый кокиль подготовляют к работе: поверхность рабочейполости и разъем тщательно очищают от следов загрязнений, ржавчины, масла;проверяют легкость перемещения подвижных частей, точность их центрирования,надежность крепления. Затем на поверхность рабочей полости и металлическихстержней наносят слой огнеупорного покрытия облицовки и краски. Составоблицовок и красок зависит в основном от заливаемого сплава, а их толщина — оттребуемой скорости охлаждения отливки: чем толще слой огнеупорного покрытия,тем медленнее охлаждается отливка. Вместе с тем слой огнеупорного покрытияпредохраняет рабочую поверхность формы от резкого повышения ее температуры призаливке, расплавлении и схватывании с металлом отливки. Таким образом,облицовки и краски выполняют две функции: защищают поверхность кокиля отрезкого нагрева и схватывания с отливкой и позволяют регулировать скоростьохлаждения отливки, а значит, и процессы ее затвердевания, влияющие на свойстваметалла отливки. Перед нанесением огнеупорного покрытия кокиль нагреваютгазовыми горелками или электрическими нагревателями до температуры 423 — 453 К.Краски наносят на кокиль обычно в виде водной суспензии через пульверизатор.Капли водной суспензии, попадая на поверхность нагретого кокиля, испаряются, а огнеупорнаясоставляющая ровным слоем покрывает поверхность.

Посленанесения огнеупорного покрытия кокиль нагревают до рабочей температуры,зависящий в основном от состава заливаемого сплава, толщины стенки отливки, ееразмеров, требуемых свойств. Обычно температура нагрева кокиля перед заливкой473 — 623 К.Затемв кокиль устанавливают песчаные или керамические стержни если таковыенеобходимы для получения отливки; половины кокиля соединяют и скрепляютспециальными зажимами, а при установке кокиля на кокильной машине с помощью еемеханизма запирания, после чего заливают расплав в кокиль. Часто в процессезатвердевания и охлаждения отливки, после того как отливка приобрететдостаточную прочность, металлические стержни <подрывают>, т.е. частичноизвлекают из отливки до ее извлечения из кокиля. Это делают для того, чтобыуменьшить обжатие усаживающейся отливкой металлического стержня и обеспечитьего извлечение из отливки. После охлаждения отливки до заданной температурыкокиль раскрывают, окончательно извлекают металлический стержень и удаляютотливку из кокиля. Из отливки выбивают песчаный стержень, обрезают литники,прибыли, выпоры, контролируют качество отливки. Затем цикл повторяется.

Передповторением цикла осматривают рабочую поверхность кокиля, плоскость разъема.Обычно огнеупорную краску наносят на рабочую поверхность кокиля 1 — 2 раза всмену, изредка восстанавливая ее в местах, где она отслоилась от рабочейповерхности. После этого при необходимости, что чаще бывает при литьетонкостенных отливок или сплавов с низкой жидкотекучестью, кокиль подогреваютдо рабочей температуры, так как за время извлечения отливки и окраски рабочейповерхности он охлаждается. Если же отливка достаточно массивная, то, наоборот,кокиль может нагреваться ее теплотой до температуры большей, чем требуемаярабочая, и перед следующей заливкой его охлаждают. Для этого в кокилепредусматривают специальные системы охлаждения.

Каквидно, процесс литья в кокиль — малооперационный. Манипуляторные операциидостаточно просты и кратковременны, а лимитирующей по продолжительностиоперацией является охлаждение отливки в форме до заданной температуры.Практически все операции могут быть выполнены механизмами машины илиавтоматической установки, что является существенным преимуществом способа, и,конечно, самое главное — исключается трудоемкий и материалоемкий процессизготовления формы: кокиль используетсямногократно.

Особенности формирования и качество отливок.Кокиль — металлическая  форма, обладающаяпо сравнению с песчаной значительно большей теплопроводностью, теплоемкостью,прочностью, практически нулевыми газопроницаемостью и газотворностью. Этисвойства материала кокиля обусловливают рассмотренные ниже особенности еговзаимодействия с металлом отливки.

1.Высокая эффективность теплового взаимодействия между отливкой и формой: расплави затвердевающая отливка охлаждаются в кокиле быстрее, чем в песчаной форме,т.е. при одинаковых гидростатическом напоре и температуре заливаемого расплавазаполняемость кокиля обычно хуже, чем песчаной формы. Это осложняет получение вкокилях отливок из сплавов с пониженной жидкотекучестью и ограничиваетминимальную толщину стенок и размеры отливок. Вместе с тем повышенная скоростьохлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой,что повышает 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 практически неподатлив у более интенсивно препятствует усадке отливки,что затрудняет извлечение ее из формы, может вызвать появление внутреннихнапряжений, коробление и трещины в отливке.

Однакоразмеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно точнее, чемпесчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемыерасталкиванием модели, упругими и остаточными деформациями песчаной формы,снижающими точность ее рабочей полости и соответственно отливки. Поэтомуотливки в кокилях получаются более точными. Точность отливок в кокилях обычносоответствует  12 — 15-ам квалитетам поСТ 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 такжеоформляемых подвижными частями формы, ниже. Коэффициент точности отливок помассе достигает 0.71, что обеспечивает возможность уменьшения припусков наобработку резанием.

3.Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля минимально, чтоспособствует повышению качества поверхности отливки. Отливки в кокиль не имеютпригара. Шероховатость поверхности отливок определяется составами облицовок икрасок, наносимых на поверхность рабочей полости формы, и соответствуетRz=80-18 мкм, но может быть и меньше.

4.Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его минимальна иопределяется в основном составами огнеупорных покрытий, наносимых наповерхность рабочей полсти. Однако газовые раковины в кокильных отливках — явление не редкое. Причины их появления различны, но в любом случаерасположение отливки в форме, способ подвода расплава и вентиляционная системадолжны обеспечивать удаление воздуха и газов из кокиля при заливке.

Эффективность производства и область применения.Эффективность производства отливок в кокилъ, как, впрочем, и других способовлитья, зависит от того, насколько полно и правильно инженер-литейщик используетпреимущества этого процесса, учитывает его особенности и недостатки и условияхконкретного производства. Ниже приведены преимуществалитья в кокиль на основе производственного опыта.

1.Повышение производительности труда в результате исключения трудоемких операцийсмесеприготовления, формовки, очистки отливок от пригара. Поэтому использованиелитья в кокили, по данным различных предприятий, позволяет в 2 — 3 разаповысить производительность труда в литейном цехе, снизить капитальные затратыпри строительстве новых цехов и реконструкции существующих за счет сокращениятребуемых производственных площадей, расходов на оборудование, очистныесооружения, увеличить съем отливок с 1 м2 площади цеха.

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

3.Устранение или уменьшение объема вредных для здоровья операций выбивки форм,очистки отливок от пригара, их обрубки, общее оздоровление и улучшение условийтруда, меньшее загрязнение окружающей Среды.

4.Механизация и автоматизация процесса изготовления отливки, обусловленнаямногократностью использования кокиля. Для получения отливок заданного качествалегче осуществить автоматическое регулирование технологических параметровпроцесса. Автоматизация процесса позволяет улучшить качество отливок, повыситьэффективность производства, изменить характер труда литейщика-оператора,управляющего работой таких комплексов.

Недостатки литья в кокиль:

1.Высокая стоимость кокиля, сложность и трудоемкость его изготовления.

2.Ограниченная стойкость кокиля, измеряемая числом годных отливок, которые можнополучить в данном кокиле. От стойкости кокиля зависит экономическаяэффективность процесса.

3.Сложность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимоусложнять конструкцию формы — делать дополнительные разъемы, использоватьвставки, разъемные металлические или песчаные стержни.

4.неподатливый кокиль приводит к появлению в отливках напряжений, а иногда ктрещинам.

Этотспособ литья применяют как правило в серийных и массовых производствах.

Эффективность литья в кокильобычно определяют в сравнении с литьем в песчаные формы. Экономический эффектдостигается благодаря устранению формовочной смеси, повышению качества отливок,их точности, уменьшению припусков на обработку, снижению трудоемкости очистки иобдувки отливок, механизации и автоматизации основных операций и, какследствие, повышению производительности и улучшению условий труда.

Литьев кокиль следует отнести к трудо- и материалосберегающим, малооперационным ималоотходным технологическим процессам, улучшающим условия труда в литейныхцехах и уменьшающим вредное воздействие на окружающую среду.

Классификация конструкций кокилей.Взависимости от расположения поверхности разъема кокили бывают: неразъемные, свертикальной плоскостью разъема, с горизонтальной плоскостью разъема, сосложной поверхностью разъема.

Неразъемные, или вытряхные, кокилиприменяют, когда конструкция отливки позволяет удалить из плоскости кокиля безего разъема.

Кокили с вертикальной плоскостью разъемасостоят из двух и более полуформ. Отливка может располагаться целиком в однойиз половин кокиля, в двух половинах кокиля, одновременно в двух половинахкокиля и в нижней плите.

Кокили с горизонтальным разъемомприменяют преимущественно для простых по конфигурации, а также крупногабаритныхотливок.

Кокили со сложной (комбинированной) поверхностьюразъемаиспользуют для изготовления отливок сложнойконфигурации.

В зависимости от способа охлажденияразличают кокили с воздушным, жидкостным и с комбинированным охлаждением.Воздушное охлаждение используют для малотеплонагруженных кокилей. Водяноеохлаждение используют обычно для высокотеплонагруженных кокилей, а также дляповышения скорости охлаждения отливки или ее отдельных частей.

К основным конструктивным элементамкокилей относят:

Формообразующие элементы — половины кокилей, нижние плиты, вставки, стержни, конструктивные элементы — выталкиватели, плиты выталкивателей,запирающие механизмы, системы нагрева и охлаждения кокиля и отдельных егочастей, вентиляционную систему, центрирующие штыри и втулки.

Корпус кокиляили его половинывыполняют коробчатыми, с ребрами жесткости. 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 растекания.

Стержни в кокиляхмогутбыть песчаными и металлическими. Песчаные стержни для кокильных отливок должныобладать пониженной газотворностью и повышенной поверхностной прочностью.Первое требование обусловлено трудностями удаления газовиз кокиля; второе — взаимодействием знаковых частей стержней с кокилем, в результате чего отдельныепесчинки могут попасть в полость кокиля и образовать засоры в отливке.Стержневые смеси и технологические процессы изготовления песчаных стержнеймогут быть различными.

Металлическиестержни применяют, когда это позволяет конструкция отливки и технологическиесвойства сплава. Использование металлических стержней дает возможность повыситьскорость затвердевания отливки, сократить продолжительность  цикла ее изготовления. Однако прииспользовании металических стержней возрастают напряжения в отливках, возможнопоявление трещин.

Вентиляционная системаобеспечивает направленное вытеснение воздуха из кокиля расплавом. Для выходавоздуха используют открытые выпоры, прибыли, зазоры по плоскости разъема имежду подвижными частями кокиля и специальные вентиляционные каналы. В местныхуглублениях формы  при заполнении ихрасплавом могут образовываться воздушные мешки. В этих местах в стенке кокиляустанавливают вентиляционные пробки. При выборе места установки вентиляционныхпробок необходимо учитывать последовательность заполнения формы расплавом.

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

Запирающие механизмыпредназначены для предотвращения раскрытия кокиля и исключения прорыва расплавапо его разъему при заполнении, а также для обеспечения точности отливок.

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.

Отливки из алюминиевых сплавов

Литейные свойства.Литейные алюминиевые сплавы разделяются на пять групп. Наилучшими литейнымисвойствами обладают сплавы 1 группы — силумины. Они имеют хорошуюжидкотекучесть, небольшую (0.9-1%) линейную усадку, стойки к образованиютрещин, достаточно герметичны. Эти сплавы склонны к образованию грубойкрупнозернистой эвтектики в структуре отливки и растворению газов.

Сплавы2 группы — медистые силумины. Эти сплавы обладают достаточно хорошими литейнымисвойствами и более высокой прочностью, чем силумины, менее склонны кобразованию газовой пористости в отливках.

Сплавы3 — 5 групп имеют худшие литейные свойства — пониженную жидкотекучесть,повышенную усадку (до 1.3%), склонны к образованию трещин, рыхлот и пористостив отливках. Получение отливок из этих сплавов требует строгого соблюдениятехнологии режимов, обеспечения хорошего заполнения формы, питания отливок призатвердевании.

Влияние кокиля на свойства отливок.Интенсивное охлаждение расплава отливок в кокиле увеличивает скорость еезатвердевания, что благоприятно влияет на структуру — измельчается зернотвердого раствора, эвтектики и вторичных фаз. Структура силуминов, отлитых вкокиль, близка к структуре модифицированных сплавов; снижается опасностьпоявления газовой и газоусадочной уменьшается вредное влияние железа и другихпримесей. Это позволяет допускать большое содержание железа в алюминиевыхотливках, получаемых в кокилях, по сравнению с отливками в песчаные формы. Всеэто способствует повышению механических свойств отливок, их герметичности.

Кокилидля литья алюминиевых сплавов применяют массивные, толстостенные. Такие кокилиимеют высокую стойкость и большую тепловую инерцию: после нагрева до рабочейтемпературы они охлаждаются медленно.

Положениеотливки в  форме должно способствовать еенаправленному затвердеванию: Тонкие части отливки располагают внизу, амассивные вверху, устанавливая на них прибыли и питающие выпоры.

Литниковая системаобеспечивает спокойное, плавное поступление расплава в полость формы, надежноеулавливание окисных пленок, шлаковых включений и предотвратить их образование вканалах литниковой системы и полости кокиля, способствовать направленномузатвердеванию и питанию массивных узлов отливки.

Используютлитноковые системы с поводом расплава сверху, снизу, сбоку, комбинированные иярусные.

Дляполучения качественных отливок скорость движения расплава должна убывать отсечения стояка к питателю. Поэтому для отливок из алюминиевых сплавов применяютрасширяющиеся литниковые системы с соотношением:

fс: fк: fп = 1: 2: 3 или 1: 2: 4, где fс :fк: fп — площади поперечного сечения стояка, коллектора,питателя.

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

Технологические режимы литьяназначают в зависимости от свойств сплава, конфигурации отливки и предъявляемыхк ней требований. Для регулирования скорости отвода теплоты от различных частейотливки толщину и свойства огнеупорных покрытий в различных частях кокиля частоделают различными. Для окраски в этих случаях используют трафареты. Поверхностиканалов литниковой системы покрывают более толстым слоем красок с пониженнойтеплопроводностью, а поверхности прибыльных частей иногда оклеиваюттонколистовым асбестом. Продолжительность выдержки отливки в кокиле назначают сучетом ее размеров и массы. Обычно отливки охлаждают в форме до температуры 650К. Продолжительность охлаждения отливки до температуры выбивки определяютрасчетом по специальным формулам и окончательно корректируют при доводкетехнологического процесса.

Литьев кокиль является одним из наиболее широко применяемых видов литья в настоящеевремя. Из-за автоматизации технологического процесса, литье в кокиль становитсянаиболее экономически выгодным при изготовлении больших партий отливок илиначале серийного производство конкретной детали.

<img src="/cache/referats/2144/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">