Литье в кокиль

В художественном литье литье в кокиль применяется редко из-за трудностей извлечения отливок, а иногда невозможностью их изготовления, а также из-за низкой стойкости формообразующих. Номенклатура деталей ограничена некоторыми отливками посудной группы и отливками с несложным художественным контуром.

Технологический процесс

Кокильным литьем называют способ получения отливок в металлических формах при гравитационном заполнении металла. Металлическая форма используется многократно.

Технологический процесс состоит в следующем. Кокиль нагревают и окрашивают. Окончательный разогрев кокиля производят двух-, трехразовой заливкой жидким металлом. Расплавленный металл очищают, рафинируют и заливают в кокиль. После извлечения из кокиля отливки отделяют от литниковой системы и зачищают. Для ликвидации пористости отливки пропитывают спецсоставом. Если отливка имеет сложную внутреннюю конфигурацию, то в кокиль устанавливают песчаные стержни.

Особенности формирования отливки:

• • быстрый теплоотвод через металлический кокиль, обеспечивающий мелкокристаллическую плотную структуру. В чугунных отливках наблюдается отбел;
• • отсутствие газопроницаемости формы требует конструктивных приспособлений в кокильной оснастке;
• • неподатливость кокиля вызывает сильные напряжения в отливке и даже образование трещин.

Преимущества процесса:

• • повышение точности и качества поверхности отливок;
• • высокие механические свойства металла;
• • многократное использование формы;
• • сокращение расхода формовочных материалов, оборудования и площадей для его размещения;
• • повышение производительности труда и увеличение съема с производственной площади;
• • снижение себестоимости отливок при их высоком качестве.

Недостатки процесса:

• • сложность получения тонкостенных отливок;
• • невозможность извлечения отливок со сложным контурами (стоящие животные, люди и пр.);
• • невозможность получения сложных полостей металлическими стержнями;
• • значительные напряжения, возникающие в отливках;
• • отбел в чугунных отливках;
• • высокая стоимость кокиля и длительность его изготовления.

Краски предназначены для предотвращения пригара металла к материалу кокиля и для регулировки теплопередачи. Благодаря меньшей по сравнению с металлом теплопроводностью уменьшается скорость отвода теплоты (q) от жидкого металла (рис. 25.1):

где Р — коэффициент теплоотдачи металла; X — теплопроводность облицовки; % — толщина облицовки.

Рис. 25.1. Температура в системе «металл — краска — кокиль»:

1 — металл; 2 — краска; 3 — кокиль Изменяя состав облицовки (ее теплопроводность) и ее толщину, можно регулировать скорость охлаждения металла отливки. Краски состоят из связующих (жидкое стекло, глина, лигносульфонаты) активаторов (KMn0_/j-K₂Cl_;0₇) H₃B0₃ и огнеупорного порошка (пылевидный кварц, оксиды магния, циркония, тальк, графит и т. д.). Выбор краски определяется материалом и конфигурацией отливки.

В кокиль заливают стали, чугуны, цветные сплавы. Особо широко применяют алюминиевые легкоплавкие сплавы.

В кокильном литье используют литниковые системы с подводом сверху, сифоном и т. д., щелевые литники. Площадь питателя (F_imT) рассчитывают по формуле.

где G — масса отливок, кг; р — коэффициент расхода и сопротивления, зависящий от вида сплава, р чугуна = 0,24-^0,43, р алюминия = 0,6^-0,7; р —.

коэффициент, учитывающий плотность металла, р = 0,001y^/2g (g= 980 см/с²), алюминий — у = 2,7, р = 0,1, серый чугун — у = 7,2, р = 0,31; t — время заливки, с, выбирается эмпирически; Я — расчетный статический напор (рис. 25.2),.

Рис. 25.2. К расчету статистического напора Площадь сечения остальных элементов литниковой системы определяют: • серый чугун и алюминий —.

При работе кокиль должен иметь оптимальную температуру. Цель подогрева:

• • улучшение качества отливок (недолив, трещины);
• • предупреждение отбела в чугунных отливках;
• • удлинение срока эксплуатации кокиля (тепловой удар);
• • предупреждение образования газовых раковин и соблюдение правил техники безопасности (конденсация влаги).

Перегрев кокиля недопустим, поскольку:

• • в утолщенных местах отливок может появиться усадочная раковина или пористость;
• • снижается стойкость кокиля;
• • снижется производительность (увеличение времени охлаждения). Температурный режим подбирают таким образом, чтобы охлаждение

кокиля компенсировало приход тепла от заливаемого металла, который в свою очередь определяется ритмом работы. Режим кокиля зависит:

• • от материала кокиля;
• • материала краски и ее толщины;
• • материала заливаемого сплава;
• • конфигурации отливки (тонкоили толстостенная отливка).

Для нагрева используют электричество или газ. Окончательный разогрев — жидкий металл.

Охлаждение интенсифицируют ребристой поверхностью кокиля, воздушным и водяным охлаждением.

Толщина кокиля определяется в основном эмпирическим способом из условий достаточной механической прочности. Формула для расчета толщины кокиля:

где 1_Х — толщина стенки отливки; /₂ — толщина стенки кокиля.

Время выдержки отливки в кокиле определяют с учетом тепловых взаимодействий между отливкой и кокилем. Формула для расчета:

где т — общее время охлаждения отливки в кокиле.

Кокильная оснастка

Кокили классифицируют:

• • по плоскости разъема (горизонтальная, вертикальная и т. д.);
• • по подготовке рабочей поверхности (без покрытий, отбеливание и т. д.);
• • по способу изготовления (механическая обработка, литье и т. д.);
• • по применяемым стержням (металлические, песчаные и т. д.).

Кокиль состоит из следующих основных элементов:

• • нолуформа;
• • вентиляционная система;
• • толкатели и контртолкатели;
• • стержни.

К материалам кокилей предъявляют требование противостоять гермоударам.