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.