Литье в металлические формы (кокиль). Литье в металлические формы (кокиль) широко применяется в настоящее время для получения отливок из цветных металлов на алюминиевой, магниевой и медной основах, из чугуна и в несколько меньшей степени из стали. Способ литья в металлические формы по сравнению с литьем в песчаные формы имеет ряд преимуществ, в связи с чем он получил распространение во всех отраслях промышленности: авиационной, автомобильной, электротехнической, текстильного, пищевого и химического машиностроения и т. д. Литье в металлические формы (кокиль) является одним из прогрессивных способов получения отливок из чугуна, стали и цветных сплавов массой от нескольких граммов до десятков тонн. Сущность процесса литья в металлические формы заключается в многократном применении металлической формы, изготовляемой из разных сплавов (чугуна, стали, медного или алюминиевого) В процессе литья полость формы заполняют расплавленным металлом (сплавом). После затвердения металла форму раскрывают, извлекают отливку, производят соответствующую подготовку формы (очистку, обдувку, окраску) и вновь заливают ее. Важным элементом кокиля является защитное покрытие его рабочей поверхности, которое уменьшает интенсивность теплообмена между отливкой и формой, снижает термические напряжения в стенке формы, предохраняет ее от эрозийного разрушения, создает в форме определенную газовую атмосферу, воздействует на силу трения между кокилем и отливкой. Этот способ литья в зависимости от конструкции отливок может применяться в комбинации с металлическими или песчаными стержнями. Стойкость кокилей, зависящая от ряда технологических факторов, таких, как температура заливки металла, материала кокиля, размеров, массы и конфигурации отливки, является наиболее важным фактором для определения экономичности применения данного способа литья В массовом производстве, обеспечивающем длительную и равномерную эксплуатацию кокилей, стойкость кокилей может быть более высокой, что значительно снижает удельные затраты на возмещение износа литейной оснастки. Поэтому литье в кокиль экономически целесообразно применять в условиях крупносерийного или массового производства относительно простых отливок из цветных и черных сплавов. Наибольшее распространение для литья в кокиль получили цветные сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, а следовательно, более высокую стойкость форм. При оценке возможности изготовления отливок в металлических формах необходимо учитывать особенности формирования отливок: интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем в 3 —10 раз выше, чем при литье в песчано-глинистые формы; в связи с этим металл отливок имеет более мелкозернистую структуру, что существенно повышает их механические свойства; в то же время высокая скорость охлаждения может привести к их неравномерному распределению по сечению стенки отливки; быстрое охлаждение заливаемого металла снижает жидкотекучесть расплава, поэтому толщина стенок отливок при кокильном литье больше, чем при литье в песчано-глинистые формы. Минимальная толщина стенок отливок из алюминиевых и магниевых сплавов 3 — 4 мм, чугуна — 6 мм, стали — 8 — 10 мм. Снижение жидкотекучести затрудняет получение сложных тонкостенных крупногабаритных отливок. Это ограничивает применение для кокильного литья сплавов с пониженной жидкотекучестью. В металлических формах целесообразно изготавливать следующие отливки: массивные, необрабатываемые, а также отливки с повышенными требованиями к герметичности; •чугунные с повышенными герметичностью и плотностью простой конфигурации; из высокопрочного чугуна с толщиной стенок не менее 8—10 мм, особенно те, которые могут заменить поковки; стальные простой конфигурации со стенками толщиной более 8 — 10 мм; алюминиевые со стенками толщиной более 2,5 мм. Высокая прочность материала металлической формы позволяет выполнять рабочие полости формы с более точными, стабильными размерами и получать отливки с точностью размеров 13- 15-го квалитета с шероховатостью поверхности Rа = 20- 3,2 мкм. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы литье в металлические формы обладает рядом и технологических преимуществ: многократное использование форм; повышение точности размеров отливок, уменьшение шероховатости поверхности, что позволяет снизить припуск на механическую обработку в два-три раза, а иногда и полностью его устранить; повышение плотности отливок, улучшение структуры отливок и повышение их механических свойств на 15—30 %; наличие возможности комплексной механизации и автоматизации технологического процесса, что приводит к росту производительности труда и снижению трудоемкости почти в три раза. Вместе с тем изготовление отливок в металлические формы имеет и свои сложности: трудность получения отливок с поднутрениями, для выполнения которых необходимо применять стержни и вставки; снижение жидкотекучести сплавов, приводящее к усложнению процесса получения тонкостенных, большой протяженности отливок; неподатливая, газонепроницаемая форма вызывает появление в отливках литейных дефектов (короблении, трещин, газовой пористости); высокая стоимость литейных форм, сложность и длительность их изготовления. Для обеспечения требуемого качества деталей, уменьшения износа и повреждения кокилей, создания лучших условий для заполнения формы и извлечения из нее отливок конструкция деталей, отливаемых в металлические формы, должна удовлетворять ряду специфических для этого вида литья требований. При литье в металлические формы технологичность литых деталей — решающий фактор рентабельности процесса и получения требуемого качества отливок. Поэтому к конструкции отливок, переводимых на литье в металлические формы, должны быть предъявлены следующие основные требования: а) простота формы отливки; б) отсутствие резких переходов от толстых стенок к тонким, отсутствие выступающих частей, острых углов и кромок, углублений и поднутрений, препятствующих усадке и удалению отливки из форм; в) достаточная толщина стенок отливки для возможности заполнения форм сплавом при нормальном технологическом режиме (без перегрева металла или чрезмерного подогрева формы); г) наличие достаточных уклонов по направлению к плоскости разъема для легкого ж быстрого удаления отливки из формы. Правильно выбранная конструкция металлической формы оказывает большое влияние на эффективное внедрение процесса литья по этому способу, на качество, точность размеров и шероховатость поверхности отливок. От конструкции металлической формы существенно зависит также трудоемкость процесса литья и стойкость формы при ее эксплуатации. Поэтому конструкция металлической формы должна удовлетворять следующим требованиям: 1) быть проще, что уменьшает стоимость и время ее изготовления, облегчая условия эксплуатации; 2) создавать условия безопасной работы персонала литейного цеха; 3) обеспечивать точность геометрических размеров и качество отливок; 4) иметь вентиляционные каналы для вывода газов и засасываемого при заливке воздуха; 5) гарантировать возможность механизации и автоматизации процесса исходя из условий наименьшей себестоимости отливок; 6) обеспечивать высокую ее стойкость, возможность доводки размеров, ремонта, замены отдельных наиболее изнашиваемых частей ж др. В зависимости от сплава, заливаемого в металлические формы, эти требования могут быть дополнены практическими данными, накопленными на том или ином заводе. |