Литье в кокиль и литье под давлением

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения о технологических процессах получения отливок специальными способами литья.

2. Литье в кокиль.

3. Литье под давлением.

Общие сведения о технологических процессах получения отливок специальными способами литья

В производстве литых заготовок для деталей машин и приборов зна-

чительное место занимают так называемые специальные виды литья: литье в кокиль, литье под давлением, центробежное литье, литье в оболочковые формы, литье по выплавляемым моделям, позволяющие получать отливки повышенной точности с чистой поверхностью, минимальным припусками на обработку, высокими служебными свойствами.

Технологические процессы получения отливок специальными видами в сравнении с литьем в песчаные формы отличаются меньшими трудозатратами,

меньшей материало- и энергоемкостью, дают возможность существенно улуч-

шить условия труда и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду.

Литье в кокиль

Кокиль – металлическая форма, которая заполняется расплавом под действием гравитационных сил. В отличие от разовой песчаной формы ко- киль может быть использован многократно. Таким образом, сущность литья в кокиль состоит в применении металлических материалов для изготовления многократно используемых литейных форм.

Материал и конструкции кокилей. В зависимости от конфигурации и массы отливок в литейном производстве используют кокили различных

конструкций: неразъемные (вытряхные); с вертикальной плоскостью разъема; с горизонтальной плоскостью разъема. Для отливок сложной конфигурации при-

меняют кокили с комбинированной поверхностью разъема (рис. 1.15, рис. 1.16,

рис. 1.17, рис. 1.18).

По числу одновременно отливаемых деталей кокили разделяют на

одноместные и многоместные.

В зависимости от способа охлаждения различают кокили с воздушным (естественным и принудительным), жидкостным (водяным, масляным) и комбинированным охлаждением. Воздушное охлаждение используют для малонагруженных кокилей, водяное охлаждение – для высоконагруженных кокилей или для его отдельных частей.

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

Рис. 1.15. Кокиль с горизонтальной плоскостью разъема: 1 – литни ковая чаша; 2 – верхняя половина кокиля; 3 – стержень; 4 – нижняя половина кокиля

Рис. 1.16. Вытряхной кокиль: 1 – груз; 2 – песчаная чаша; 3 – ко киль; 4 – вентиляционный канал; 5 – песчаный стержень

Для изготовления кокилей широко применяют серый и высокопроч- ный чугуны, легированные никелем, хромом, медью, углеродистые и легиро- ванные стали. Кокили для отливки мелких деталей из алюминиевых сплавов могут изготавливаться из алюминиево-кремниевых сплавов.

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

 

Рис. 1.17. Кокиль с вертикальной плоскостью разъема: 1 – толкатель; 2 – стержень; 3 – кокиль; 4 – выталкиватель

Рис. 1.18. Водоохлаждаемый кокиль: 1 – вставки кокиля; 2 – водоохлаждаемые камеры; 3 – водоохлаждаемый боковой стержень; 4 – нижний стержень; 5 – труб ка

Рабочая поверхность кокиля и металлических стержней покрывается специальными красками. Покраска производится с целью предохранения по- верхности кокиля от воздействия жидкого металла и тем самым увеличения срока его службы, а также с целью регулирования скорости охлаждения от- ливки.

Перед началом литья кокиль прогревают газовыми горелками до тем-

пературы 200–250 °С. Нагрев осуществляется с целью предотвращения рас- трескивания рабочей поверхности формы.

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

Свойства отливок. В общем объеме производства отливок из цвет- ных металлов на долю кокильного литья приходится около 40 %, что обу- словлено преимуществами данного метода литья.

Кокиль – металлическая форма, обладающая по сравнению с песчаной значительно большей теплопроводность, прочностью, практически нулевыми газопроницаемость и газотворностью. Эти свойства материала кокиля обу- словливают качество получаемых в нем отливок.

Повышенная скорость охлаждения способствует получению плотных отливок с мелкозернистой структурой, что повышает прочность и пластич- ность металла отливки. Однако в отливках из чугуна, получаемых в кокилях, вследствие особенностей кристаллизации часто образуются карбиды, ферри- тографитная эвтектика, отрицательно влияющие на свойства чугуна: снижа- ется ударная вязкость, износостойкость, резко возрастает твердость в отбе- ленном поверхностном слое, что затрудняет обработку резанием таких отли- вок и приводит к необходимости подвергать их термической обработке для устранения отбела.

Кокиль практически неподатлив и более интенсивно препятствует усадке отливки, что может вызвать появление внутренних напряжений, ко- робление и трещины в отливке.

Размеры рабочей полости кокиля могут быть выполнены значительно

точнее, чем песчаной формы. При литье в кокиль отсутствуют погрешности, вызываемые расталкиванием модели, упругими и остаточными деформация- ми песчаной формы, снижающими точность ее рабочей полости и, соответст- венно, отливки. Поэтому отливки в кокилях получаются более точными.

Физико-химическое взаимодействие металла отливки и кокиля мини- мально, что способствует повышению качества поверхности отливки. Отлив- ки в кокиль не имеют пригара. Шероховатость поверхности отливок опреде- ляется составами облицовок и красок, наносимых на поверхность рабочей полости формы.

Кокиль практически газонепроницаем, но и газотворность его мини- мальна и определяется составами огнеупорных покрытий, наносимых на по- верхность рабочей полости, поэтому газовые раковины в кокильных отливках – явление не редкое.

Механизация и автоматизация кокильного литья. В зависимости от серийности производства, массы, размеров, сложности отливок, предъяв-

ляемых к ним требований изменяется степень механизации и автоматизации процесса. Анализ основных операций литья в кокиль показывает, что этот

способ – малооперационный.

При механизации процесса основными операциями являются: раскры- тие и закрытие форм, установка и извлечение стержней, удаление отливок из формы, нанесение огнеупорного покрытия, охлаждение и нагрев формы, за- ливка металла.

При серийном и мелкосерийном производстве крупных отливок эф- фективными оказываются автоматизированные кокильные машины или ме- ханизированные кокили. В массовом и крупносерийном производстве мелких

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

и средних отливок более эффективно использование автоматических литей- ных кокильных машин, комплексов, линий.

Основное направление развития производства кокильного литья – комплексная механизация и автоматизация производственных процессов на всех переделах, начиная с подготовки шихтовых материалов и приготовления

жидкого металла, кончая обрубкой, очисткой и складированием готовых от-

ливок, что позволит достичь необходимой эффективности производства.

Преимущества и недостатки литья. К преимуществам метода ли- тья в кокиль можно отнести повышенную размерную точность отливок, вы- сокую производительность процесса, многократность использования литей- ных форм, возможность автоматизации процесса, экономное использование производственных площадей, возможность комбинированного использова- ния кокилей и сложных песчаных стержней, стабильность плотности и структуры отливок, высокие механические и эксплуатационные свойства.

Недостатки литья в кокиль – высокая трудоемкость изготовления и стоимость металлической формы, повышенная склонность к возникновению внутренних напряжений в отливке, вследствие затрудненной усадки.

Дефекты отливок. Общими характерными дефектами отливок при литье в кокиль являются недоливы и неслитины, усадочные дефекты, трещи- ны, шлаковые включения и газовая пористость.

Недоливы и неслитины наблюдаются при низкой температуре распла- ва и кокиля перед заливкой, недостаточной скорости заливки, большой газо- творности стержней и плохой вентиляции какиля;

Усадочные дефекты (раковины, утяжины, пористость) возникают из- за нарушений направленного затвердевания и недостаточного питания мас- сивных узлов отливки, чрезмерно высокой температуры расплава и кокиля, местного перегрева кокиля, нерациональной конструкции литниковой систе- мы.

Трещины появляются вследствие несвоевременного подрыва метал- лического стержня или вставки, высокой температуры заливки, нетехноло- гичности конструкции отливки.

Шлаковые включения образуются при использовании загрязненных шихтовых материалов, недостаточном рафинировании расплава, неправиль- ной работе литниковой системы.

Газовая пористость образуется при нарушении технологии плавки – использовании влажной шихты, перегреве расплава, недостаточном рафини- ровании или раскислении сплава.

Литье под давлением

Сущность процесса литья под давлением заключается в том, что фор- ма заполняется расплавом под давлением внешних сил, превосходящих силы гравитации, а затвердевание протекает под избыточным давлением.

Преимущества и недостатки литья. Преимуществами данного

способа литья являются:

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

1 мм);

возможность изготовления отливок с малой толщиной стенок (менее

повышение качества отливок – отливка получается с высокой точно-

стью размеров и чистой поверхностью, с малой шероховатостью, практиче- ски не требует обработки, имеет достаточно высокие механические свойства; полное исключение трудоемких операций и хорошие предпосылки

для полной автоматизации производства;

значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда из- за устранения из производства формовочных материалов, меньшее загрязне- ние окружающей среды.

Наряду с преимуществами литье под давлением имеет ряд недостатков: ограничение габаритных размеров и массы отливок мощностью ма-

шины, усилием, развиваемым механизмом запирания пресс-формы;

высокую стоимость пресс-формы, сложность и трудоемкость ее изго- товления;

низкую стойкость пресс-формы при литье тугоплавких сплавов, что

ограничивает область его использования;

наличие в отливках газовоздушной пористости, что снижает их герме- тичность, затрудняет термообработку.

Основные операции. В процессе литья расплавленный металл залива- ется в камеру прессования специальной машины, а затем под воздействием поршня, перемещающегося в этой камере, через литниковый канал заполняет полость металлической пресс-формы, затвердевает под избыточным давле- нием и образует отливку. После затвердевания и охлаждения до определен- ной температуры из отливки сначала извлекаются стержни, а затем пресс- форма раскрывается, и толкатели удаляют отливку из пресс-формы.

Область использования. Заполнение пресс-формы и кристаллизация под давлением позволяют получать отливки высокого качества. Чистая по- верхность и точные размеры металлической формы, высокая скорость дви- жения расплава дают возможность резко сократить продолжительность за- полнения, улучшить заполняемость и получить отливки сложной конфигура- ции с чистой поверхностью.

Внешнее давление на затвердевающий металл и высокие скорости его охлаждения в металлической форме способствуют измельчению структуры металла в отливке, уменьшению усадочных дефектов, повышению механиче- ских свойств.

Литьем под давлением изготавливают отливки для различных отрас- лей машино- и приборостроения из цинковых, алюминиевых, магниевых, медных сплавов, реже из чугуна и стали, массой от нескольких граммов до десятков килограммов, обычно тонкостенные, сложной конфигурации с раз- витой поверхностью.

Автоматизация литья под давлением. Размеры и масса отливок за- висят от мощности машин, на которых они отливаются. Чем больше усилие

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

запирания пресс-формы, тем большее давление и скорость перемещения раз- вивает прессующий механизм машины, тем больших размеров отливки мож- но получить.

В зависимости от устройства камеры прессования различают процес- сы литья на машинах с холодной (рис. 1.19) и горячей камерами прессования (рис. 1.20).

В горячекамерных машинах камера прессования располагается в тигле и сообщается с ним отверстием, через которое в нее поступает расплав. При движении поршня отверстие перекрывается, и расплав поступает в полость формы. После затвердевания отливки поршень возвращается в исходное по- ложение, и остатки расплава сливаются в камеру. После извлечения отливки пресс-форма закрывается, и цикл повторяется.

Машины с горячей камерой прессования более производительны, од-

нако камера прессования и поршень на этих машинах работают в тяжелых ус- ловиях, быстро изнашиваются и требуют замены. Такие машины обычно ис- пользуют для литья цинковых, свинцово-сурьмянистых, магниевых и других сплавов, не взаимодействующих с материалом поршня и камерой прессования.

Машины с горизонтальной холодной камерой прессования позволяют

развивать значительные усилия запирания и прессования, поэтому они чаще используются для изготовления отливок из алюминиевых, медных сплавов, чу- гуна и стали. Однако на таких машинах труднее получить мелкие точные от- ливки, так как расплав быстро охлаждается и заполняемость формы ухудшает- ся.

Машины для литья под давлением являются сложными автоматизиро- ванными агрегатами, работающими в комплексе со вспомогательным обору- дованием. К вспомогательному оборудованию относятся: раздаточные печи, дозаторы жидкого металла, манипуляторы для простановки арматуры, сма- зывания камер прессования и пресс-формы, удаления отливки, устройства для подогрева и стабилизации температуры пресс-формы, пресс для обрезки литников и облоя.

Эффективность производства отливок под давлением зависит от того, насколько полно используются его преимущества и как учтены его недостатки.

 

а б

Рис. 1.19

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

в г

Рис. 1.19. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с холодной камерой прессования: а – подача расплава в камеру прессования; б – запрессовка; в – рас крытие пресс-формы; г – выталкивание отливки; 1 – пресс-форма; 2 – пресс-поршень; 3 – камера прессования; 4 – стержень; 5 – толкатель

а б в

Рис. 1.20. Схема технологического процесса литья под давлением на машине с горячей камерой прессования: а – заполнение камеры прессования расплавом; б – запрессовка; в – раскрытие пресс-формы и выталкивание отливки; 1 – камера прессования; 2 – заливочное отверстие; 3 – тигель с расплавом; 4 – пресс-поршень; 5 – пресс-форма; 6 – пресс- поршень; 7 – отливка; 8 – толкатели

Дефекты отливок. Причины образования дефектов при литье под давлением могут быть связаны как с качеством приготовления сплава, так и с нарушениями специфических технологических требований, присущих дан- ному способу литья. Различают дефекты в виде несплошностей тела отливки, несоответствия геометрических размеров требованиям чертежа и дефекты поверхности отливки.

Наиболее распространенными дефектами отливок, вызванными пло- хим качеством сплава, являются трещины, привар, низкие механические

свойства, коррозия отливок. К специфическим дефектам отливок при литье под давлением можно отнести узорчатую поверхность, следы потоков метал-

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

ла, привар, задиры на поверхности отливки, нечеткие контуры отливки, газо- вые раковины и пористость.

Литье под низким давлением. Этим способом изготовляют отливки

преимущественно из алюминиевых и реже из медных сплавов.

Сущность данного способа литья состоит в вытеснении газом жидкого металла из тигля раздаточной печи в литейную форму с регулированием дав-

ления сжатого газа по заданной программе. Помимо принудительного запол- нения литейной формы, позволяющего получать крупногабаритные тонко- стенные детали, в этом методе литья эффективно используют питание за- твердевающей отливки жидким металлом из естественной прибыли – метал-

лопровода. При этом необходимо обеспечить затвердевание отливки сверху вниз. Регулирование динамики потока металла осуществляется давлением сжатого газа в герметичной раздаточной печи.

Воздух или инертный газ под давлением до 0,1 МПа давит на зеркало расплава. Вследствие разницы между давлением в печи и атмосферным дав- лением расплав по металлопроводу поступает в форму. По окончании запол-

нения формы и затвердевания отливки давление газа над расплавом в печи снижается до атмосферного и остаток жидкого металла из металлопровода сливается в тигель. Форма раскрывается, отливка извлекается, после чего

цикл повторяется.

При литье под низким давлением отливку можно изготавливать в ко- киле, песчаной или комбинированной (кокиль с песчаными или оболочковы- ми стержнями) форме.

Основными преимуществами процесса литья под низким давлением являются: автоматизация трудоемкой операции заливки формы; возможность регулирования скорости потока расплава в полости формы; улучшение пита-

ния отливки; повышение ее плотность, благодаря избыточному давлению на расплав; снижение расхода металла на литниковую систему, так как неза- твердевший металл из металлопровода сливается в тигель, что повышает ко-

эффициент выхода годного до 90 %.

Наряду с указанными преимуществами способ литья под низким дав- лением имеет ряд недостатков: невысокую стойкость металлопровода, по-

груженного в расплав, что затрудняет использование способа для литья из сплавов с высокой температурой плавления; сложность системы регулирова- ния скорости потока расплава в форме, вызванную динамическими процес-

сами, происходящими в установке при заполнении ее камеры воздухом.

Преимущества и недостатки способам определяют рациональную об- ласть его применения и перспективы развития.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие материалы используют для изготовления кокилей?

2. С какой целью наносится краска на рабочую поверхность кокиля?

3. Назовите основные технологические операции при литье в кокиль.

Л е к ц и я 6 Литье в кокиль и литье под давлением

4. С какой целью производится подогрев кокиля перед заливкой металла?

5. Перечислите основные преимущества процесса литья в кокиль.

6. Назовите характерные виды дефектов при литье в кокиль, причины их возникновения и меры предупреждения.

7. Опишите сущность процесса литья под давлением.

8. Какие отливки изготовляют литьем под давлением?

9. Назовите основные недостатки процесса литья под давлением.

10. В чем заключается принцип литья под низким давлением?

Л е к ц и я 7

Дата добавления: 2014-11-25