| ЛИТЬЕ В КОКИЛЬОбщая характеристика способа литья.В общем объеме производства отливок из цветных металлов и сплавов на долю кокильного литья приходится около 40%. Это обусловлено такими преимуществами литья в кокиль, как повышенная размерная точность отливок, высокая производительность процесса, многократность использования литейных форм, возможность автоматизации процесса экономное использование производственных площадей, возможность комбинированного использования кокилей и сложных песчаных стержней, стабильность плотности и структуры отливок, высокие механические и эксплуатационные свойства. При увеличении толщины стенки прочностные и пластические свойства отливок понижаются, но в меньшей степени, чем при литье в песчаную форму. Недостатки литья в кокиль - высокие трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке вследствие затруднительной усадки и более узкого по сравнению с литьем в песчаную форму интервала оптимальных режимов, обеспечивающих получение качественной отливки. Литье в кокиль широко используют при изготовлении фасонных отливок из алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов; реже - при литье медных сплавов и редко используется при изготовлении отливок из тугоплавких сплавов. Средняя толщина стенок кокильных отливок из алюминиевых сплавов составляет 3-7 мм. Характерная номенклатура кокильных отливок из алюминиевых сплавов: детали моторной группы (блок цилиндров, поршень, головка блока, картер); корпуса насосов, фильтров, выключателей; колеса автомобилей, вентиляторов; детали бытовых приборов. Оптимальная толщина стенок кокильных отливок из магниевых сплавов составляет 5-10 мм. Литье в кокиль из магниевых сплавов ограничено используют при изготовлении тонкостенных отливок сложной конфигурации. Характерная номенклатура отливок: крышки (сальника, головки цилиндров, гидрораспределителя); картеры (коробок передач, сцепления); патрубки; опоры подшипников; корпуса (насосов, фильтров, подшипников); кронштейны, колеса вентиляторов и др. Литье в кокиль медных сплавов чаще всего применяют при изготовлении отливок из кремнистой латуни типа ЛЦ16К4. Оптимальная толщина стенки отливок 8-12 мм. Характерная номенклатура: водная и паровая арматура втулки, шестерни, корпусные детали насосов, подшипники.
Конструкция металлических форм.При литье в кокиль определяющее значение имеют тепловые условия формирования структуры отливки, которые в широких пределах могут изменяться варьированием толщины стенки киля, а также составом и толщиной покрытия, наносимого на рабочую поверхность кокиля. При толщине стенки кокиля δ н равной или меньшей толщины стенки отливки δотл, определяющее значение внешний теплообмен между кокилем и окружающей среде; с увеличением толщины стенки кокиль роль внешнего теплообмена снижается и при δ н > 3 δ отл внешние теплопотери пренебрежимо малы, а основное значение приобретает теплоаккумулирующая способность формы. Время затвердевания отливки и максимальная температура на рабочей поверхности кокиля уменьшается по мере увеличения объемного состояния массы кокиля и массы отливки до 4; дальнейшее увеличение этого показывает практически не оказывает влияние на время затвердевания отливки. Толщину стенки кокиля можно рассчитать, используя соотношение (рекомендации А.М. Петриченко). δн = ( 3В / 2Кр ) * Х1 * (Кн + ( 1 + Кн / Т3 - Т2н ) + rt / c1 ) (1) где В - коэффициент, учитывающий склонность кокиля к короблению и окислению (В = 1,25 / 2,00); Х1 - половина толщины стенки отливки ; Кр - коэффициент, учитывающий сложность конфигурации отливки; Кп - коэффициент, учитывающий сложность конфигурации отливки; Кр = 2Х1 / Rnp; Rnp - приведенная толщина стенки отливки; Кн - коэффициент, учитывающий интенсивность теплообмена между отливкой и формой; Кв = b3 / b1, где b1 и b2 - коэффициенты аккумуляции теплоты для материала соответственно отливки и формы; Т3 и Т2н - температуры соответственно металла в момент заливки и начальная кокиля; r1 и с1 - удельные соответственно теплота затвердевания теплоемкость материала отливки. При изготовлении отливок из алюминиевых сплавов используют также практические рекомендации; для отливок с толщиной стенки до 5 мм толщина стенок кокиля составляет 20-40 мм (большее значение относится к сплавам с хорошей жидкотекучестью), для отливок с толщиной 5-20 мм - соответственно 40-80 мм. Высокая стоимость изготовления кокилей вынуждает особое внимание уделять оценке эксплуатационной стоимости и соответствующему выбору материалов для рабочих элементов кокиля. Пригодность материала для кокилей оценивают по различным параметрам. Для хрупких металлов этим параметром является временное сопротивление zх = (σ y*λ)/αЕ где, σв - временное сопротивление; λ - теплопроводность; α - коэффициент линейного расширения; Е - модуль упругости. Для пластичных материалов пригодность материала оценивают по относительному удлинению zх = (δy * λ) / αЕ где δ - относительное удлинение. Стойкость кокилей возрастает с увеличением параметров Zх и Zн. Наиболее высокой стойкостью обладают кокили с литой поверхностью. Многообразие номенклатуры литых деталей определяет разнообразие конструкций кокилей. В таблице 1 Кокили различают также по способу их изготовления (литьем, сваркой, обработкой резанием), по числу одновременно получаемых в их отливок (одно - и многоместные), способу регулирования температуры, степени универсальности конструкции (составные, из нормализованных элементов, специальные). Среди специальных кокилей перспективы охлаждаемые, а также кокили из спеченных и композиционных материалов. Принудительное охлаждение стержня и боковых вставок позволяет устранить пористость в зоне стержня и повысить темп работы кокиля. Однако требуемый тепловой режим кокиля можно стабилизировать только при автоматическом регулировании процесса охлаждения, что усложняет конструкцию кокиля и его обслуживание. Для регулирования охлаждения кокиля могут быть использованы специальные устройства - тепловые трубки, в которых используется испарительное охлаждение с замкнутым циклом обращения хладагента. Кокили из спеченных порошковых материалов обеспечивают повышение газопроницаемости форм, дифференцированный (за счет армирования) отвод тепла от отливки и повышенную термостойкость. При проектировании кокилей необходимо правильно выбрать зазоры и подвижных частях, а также между знаками песочных стержней и соответствующими отверстиями в кокиле. При конструировании кокилей необходимо предусмотреть вентиляцию литейной формы, особенно при наличии развитых поверхностей, выемок и глухих полостей. Для этого на плоскости разъема кокиля делают вентиляционные каналы, а на развитых поверхностях и в глухих полостях устанавливают вентиляционные пробки. Реже для этой цели устанавливают фильтры из спеченных порошковых материалов. Эффективным средством вентиляции формы является нанесение мелкопрофильных узоров и сеток на рабочую поверхность; при этом, помимо вентиляции формы, можно сформировать требуемый фронт потока металла на данной поверхности и устроить затвердевание наружной корочки отливки. Тепловой режим работы кокиля зависит от вида сплава, массы и сложности конфигурации отливок. Рабочие температуры кокилей находятся в интервале 100-470 oС.для тонкостенных отливок кокили нагревают сильнее, чем для массивных и толстостенных.
Составы кокильных покрытий.Покрытия, наносимые на рабочие поверхности кокиля, позволяют регулировать интенсивность теплообмена между отливкой и кокилем, защищают поверхность кокиля от химического взаимодействия с жидким металлом и обеспечивают литейной формы за счет их газопроницаемости. В состав покрытия исходят огнеупорные наполнители связующие, активизаторы и вода. В качестве наполнителей используют мел, окись цинка, асбест, тальк, двуокись титана, шамот, графит. Все наполнители предварительно размалывают и просеивают через сито с ячейками размером не более 0,3-1,0 мм2. Асбест предварительно прокаливают при температуре 1000-1100 oС и просеивают через сито с ячейками 2-3 мм2. для магниевых сплавов применяют наполнители более грубого помола, чем алюминиевых. В качестве связующего чаще всего используют жидкое стекло, в качестве активизатора - борную кислоту. При приготовлении покрытия наполнители замешивают в подогретую до 70-80 oС воду; борную кислоту вводят в виде отдельно приготовленного раствора, а жидкое стекло - после охлаждения суспензии до комнатной температуры. Важнейшей характеристикой покрытия является теплопроводность. Она зависит от теплопроводности наполнителя, пористости покрытия и состава газообразных продуктов, находящихся в порах. Увеличение пористости на 33 % снижает теплопроводность на 45 %, а замена азота в порошковом пространстве на водород приводит к росту теплопроводности почти на порядок. Теплопроводность покрытия равна 0,12-0,54 Вт/(м * oС); теплопроводность анодной пленки на кокиль из сплава АЛ9 - 0,5 Вт/(м * oС). Способность покрытия выдерживать термохимические воздействия при литье оценивают параметром: zн = (σв * (1 - Р) ) / αЕ8 (4) где, р - коэффициент Пуассона; α - коэффициент линейного расширения; Е - модуль упругости; 8 - разность температур заливаемого металла и покрытия Из (4) следует, что стойкость покрытия повышается при уменьшении α, увеличении σ в и снижении температуры заливки металла. Значения µ и Е изменяются в менее широких пределах и их роль менее значительна. Покрытия наносят на рабочие поверхности кокиля (литники, прибыли) кистью или с помощью пульверизатора. При нанесении покрытия кистью температура кокиля не должна превышать 130 oС. Окрашивание из пульверизатора осуществляют на расстоянии 350-500 мм от окрашиваемой поверхности при давлении сжатого воздуха 0,25-0,35 МПа; температура кокиля не должна превышать 200 oС. Толщина (мм) наносимого покрытия на поверхность литниковой системы составляет 0,5-1,0, на поверхность прибылей - 2,0-3,0; на рабочую поверхность кокиля - 0,1-0,3. Покрытия на основе окиси цинка при нанесении ложатся тонким ровным слоем и обеспечивают низкую шероховатость поверхности отливки. Поверхность с большой шероховатостью покрывают мелом и тальком; еще более грубую поверхность - асбестом (обеспечивает хорошую заполняемость формы). Вентилируемость кокиля улучшается при использовании покрытий с более грубым смолом составляющих.
Особенности технологии литья в кокиль цветных сплавов.При литье в кокиль алюминиевых сплавов вследствие повышенной скорости затвердевания газоусадочная пористость подавляется, что способствует получению плотных отливок. Положительно сказывается повышенная скорость затвердевания на дисперсность структурных составляющих и фазовом составе сплавов: измельчается эвтектика, уменьшаются размеры и улучшается форма железосодержащих фаз. Однако кокиль хуже заполняется сплавом, чем песчаная форма, поэтому необходима повышенная температура металла при заливке (табл. 6). Улучшению заполняемости способствует также повышение температуры кокиля и применение покрытий с высокими теплоизолирующими свойствами. Большое значение имеют условия теплообмена между отливкой и кокилем для алюминиевых сплавов с широким температурным интервалом затвердеванием. Высокопрочные алюминиевые сплавы склонны к образованию горячих трещин, поэтому при изготовлении отливок на этих сплавов рекомендуется податливые песчаные или оболочковые стержни вместо металлических или применять комбинированные литейные формы: нижнюю - металлическую, верхнюю - облицованную или полностью песчаную. Вследствие повышенной склонности к окислению и малой плотности необходимо проводить фильтрацию алюминиевых сплавов при заливке в кокиль. Чаще всего для этого используют сетки из стеклоткани или из перфорированной металлической ленты. Для магниевых сплавов из-за их повышенной склонности к окислению, большой усадки и низкого теплосодержания предусматривают специальные средства защиты от окисления, повышенного перегрева металла перед заливкой, а также усиленное питание затвердевающей отливки из массивных прибылей и ускоренные подрыв стержней и раскрытие формы по сравнению с литьем в кокиль алюминиевых сплавов. Для предотвращения возгорания жидкого металла полость кокиля припудривают серым цветом, иногда им достаточно присыпать кромки кокиля у литниковой чаши и выпора. Заливочный инструмент перед использованием промывают в расплавленном флюсе. При конструировании кокилей необходимо учесть, что линейная усадка отливок на магниевых сплавах составляет, %: для мелких отливок (до 100 мм) 1,0-1,3; для средних отливок (100-400мм)0,8-1,2%; для крупных (400-1000 мм) 0,6-1,1. Отливки из медных сплавов склонны к образованию трещин, что затрудняет их изготовление в кокилях. Медные сплавы имеют низкую жидкотекучесть. Из медных сплавов наибольшую жидкотекучесть имеют кремнистые бронзы, наиболее низкую - марганцевые. Для свинцовых бронз характерна ликвация компонентов, поэтому при изготовлении отливок из этих сплавов рекомендуют применять водоохлаждаемые кокили. Температура заливки оловянных бронз 1080-1200 oС; латуней 950-1100 oС. Кокильные машины. Специальные технологические приемы и способы заливки кокилей. Основным технологическим оборудованием при литье в кокиль являются однопозиционные кокильные машины и многопозиционные карусели. Характеристики некоторых серийно изготовляемых кокильных машин и каруселей приведены в табл.7. При гравитационной заливке используют машины с поворачивающимся или наклоняемым кокилем. Угол поворота составляет 15-180 oС. Поворот кокиля способствует устранению турбулентности потока, улучшению направленности питания и затвердеванию отливок, расширению диапазона допустимых отклонений технологического процесса по различным параметрам. В кокильной машине повторного типа объединены раздаточная печь - миксер и кокиль (рис.6). электронагреватели герметизированы трубой из силицированного графита и обеспечивают подогрев жидкого металла в тигле. Регулируемый поворот миксера приводит к заливке жидким металлом металлической формы. в процессе затвердевания миксер играет роль обогреваемой прибыли. Таблица 1. Классификация кокилей. С возможностями литейного производства нашего предприятия Вы можете ознакомиться в разделах нашего сайта: | ||||||||||||||||||||||