Классификация кокилей, литниковая система

 

1. Область применения кокильных отливок. Способом литья в кокили изготавливают различные по назначению отливки из стали, чугуна и цветных металлов. Наиболее технологичны алюминиевые, магниевые и медные сплавы, менее - железоуглеродистые сплавы и особенно сталь. Это объясняется тем, что с повышением температуры плавления используемого для литья сплава уменьшается стойкость кокиля. Кроме того, большие скорости охлаждения расплава и затвердевшей отливки приводят к возникновению в ней повышенных напряжений, а в чугунной отливке возможен поверхностный или сквозной отбел по сечению стенки.

В ручных и механизированных кокилях чаще всего изготовляют стальные отливки простой конфигурации со стенками толщиной более 6 мм и массой от нескольких килограммов до 14 тонн; чугунные отливки простой конфигурации с отбеленной поверхностью, плотной структурой и повышенной герметичностью, а также отливки, к которым предъявляют каких-либо требований по структуре; отливки из чугуна с вермикулярной или шаровидной формой графита со стенками не менее 8 мм; отливки средней сложности до 100 кг массой из алюминиевых сплавов с толщиной стенок не менее 4 мм; простые и средней сложности отливки из магниевых сплавов массой не более 50 кг и толщиной стенки не менее 5мм; отливки из латуней со стенками не менее 4 мм и размерами в плане до 600х700мм. Перечисленные отливки можно изготовлять и на автоматизированных линиях.

При использовании в цехах автоматических кокильных машин, линий и комплексов, а также технологии литья в облицованные кокили и кокили с расплавляемой облицовкой ограничения для производства чугунных и стальных отливок по сложности их конфигурации снимаются. Это объясняется тем, что использование упомянутых видов облицовки уменьшает интенсивность теплоотвода от формирующейся и охлаждающейся отливки в материал и резко повышает его стойкость. Одновременно снижение скорости теплоотвода позволяет повысить жидкотекучесть заливаемого расплава, понизить температуру заливки и расширить диапазон получаемых отливок по сложности конфигурации.

Номенклатура производимых отливок в значительной степени определяется технологическими возможностями и экономической целесообразностью применения этого способа литья. Эти ограничения в ряде случаев обуславливаются имеющимся оборудованием. Например, большинство кокильных машин отечественного производства могут быть использованы для производства отливок из чугуна и стали массой примерно до 300 кг и их цветных сплавов до 30 кг.

Меньшие по массе отливки изготавливают на механизированных и автоматизированных линиях и комплексах. Отливки массой в несколько тонн изготавливают в кокилях, перемещение и заливку которых осуществляют с помощью кранового оборудования.

Технологическая возможность изготовления отливки в кокиле зависит от конструкции литой детали и литейных свойств используемого сплава. Так с уменьшением толщины стенки и размеров отливки возрастают трудности ее производства, и ухудшается технологичность литья. Полученные в кокиле отливки с тонкими стенками могут иметь недоливы, стальные и чугунные - трещины, а чугунные - поверхностный сквозной отбел. Технологичность литья ухудшается и с увеличением числа отливаемых в отливке отверстий и повышением температуры плавления используемого сплава.

2. Достоинства и технико-экономические показатели производства отливок в кокили. Изготовление отливок в кокили по сравнению с литьем их в песчаные разовые формы имеет несомненные достоинства и экономические преимущества:

существенно повышается размерная точность и уменьшается шероховатость поверхностей отливки, что снижает припуск на ее механическую обработку. Последняя иногда полностью исключается, что повышает прочность отливки, так как литая поверхность всегда лучше сопротивляется изнашиванию и коррозии;

практически все отливки имеют плотную и мелкозернистую структуру, что повышает их механические свойства и гидроплотность;

кокильную литейную форму используют многократно;

за счет уменьшения расхода металла на литниковую систему или ее отсутствия повышается выход годного литья;

улучшаются условия труда, и повышается производительность;

уменьшается брак отливок;

создаются благоприятные предпосылки для комплексной механизации и автоматизации производства отливок, а также уменьшения их себестоимости.

Литье в кокили используют в условиях крупносерийного и массового производства. При изготовлении простых отливок из алюминиевых сплавов их партия должна быть не менее 1500 шт., а сложных - 12000-15000 шт. Если отливка может быть получена только литьем в кокиль, то серийность ее партии не ограничивает целесообразность использования этого вида обработки.

После принятия решения о целесообразности изготовления отливок в кокиле разрабатывают технологию их производства по переделам, которые показаны в виде схемы на рис.1.

 

Рис. 1.

Технические требования к конструкции и материалу кокилей

 

Кокиль - металлическая форма с естественным или принудительным охлаждением, заливаемая расплавом металла под действием гравитационных сил.

Кокили могут иметь песчаные и металлические литейные стержни и вставки. Однако большую часть рабочей поверхности кокиля выполняют металлическими сплавами, в качестве которых используют серый (СЧ15, СЧ20, и СЧ25) и высокопрочный чугуны, конструкционные низкоуглеродистые (15Л-25Л) и углеродистые (10, 20, Ст3) стали. Применяют также медные и алюминиевые (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛ11) сплавы. Последние часто со стороны рабочей поверхности кокиля анодируют.

Многократно используемые стержни и вставки кокилей, испытывающие в работе большие тепловые нагрузки, выполняют из легированных (30ХГС, 35ХГСА, 4х5МФС), а выталкиватели - из инструментальных (У8А, У10А) сталей, которые обладают большой твердостью и хорошо при частых теплосменах противостоят изнашиванию.

Многие заготовки кокилей, их наиболее сложные вставки обычно изготавливают литьем, а рабочие и посадочные поверхности и отверстия доводят до необходимой точности и заданной шероховатости механической обработкой. Поэтому к материалу литых кокилей предъявляют высокие требования по литейным свойствам (повышенная жидкотекучесть, минимальная усадка, повышенная трещеноустойчивость) и обрабатываемости резанием. Именно этим объясняется необходимость использования для получения заготовок кокилей сплавов с перлитной структурой.

Внутреннюю рабочую полость кокиля выполняют по размерам отливки с плюсовой поправкой на линейную усадку и минусовую поправкой, учитывающей расширение материала кокиля при его нагреве и толщину слоя покрытия. Аналогичным образом определяют и назначают размеры формообразующих частей вставок, вкладышей и стержней.

По конструктивному исполнению любой кокиль должен быть технологичным; иметь минимально необходимое число разъемов и используемых стержней; состоять полностью или в основном из стандартных и унифицированных сборочных единиц и деталей. Конструкция кокиля должна обеспечивать:

получение в нем одной или нескольких отливок с заданными размерами и высоким качеством поверхности;

быстрое и полное удаление из рабочей полости кокиля газов через венты, подвижные соединения, разъемы, а также выпор или прибыль;

удобную замену вышедших из строя частей или деталей;

высокую стойкость, которая в зависимости от числа заливок, вида сплава, массы отливок и температуры заливаемого расплава должна находиться в заданных пределах или превышать их;

удобное и легкое удаление из кокиля металлических стержней, вставок и отливок с элементами литниковой системы.

Если для производства отливки используют один или несколько стержней, то в полости кокиля должны быть выполнены полости под знаки стержней.

Кокили должны иметь элементы искусственного, водяного, воздушного или смешанного охлаждения. Для удаления из полости кокиля газов в его стенках должны быть выполнены различные вентиляционные каналы (венты, тонкие сквозные каналы по плоскости разъема и в других местах).

Для смыкания и размыкания частей кокиля без перекоса в нем имеются центрирующие штыри и отверстия, а также фиксирующие шпонки и обычно цилиндрические, реже квадратные, направляющие. Конструкция кокиля должна иметь по разъему или в стержне каналы элементов литниковой системы для заливки расплава.

Чтобы исключить возможное размыкание частей кокиля в момент заливки в него расплава и при последующим охлаждением отливки в его полости, в конструкции кокиля предусмотрены различные запорные устройства. Для подъема и установки кокиля на машину предназначены специальные приспособления. Ручные кокили для этих целей снабжают ручками, рым-болтами, цапфами.

Отливки с элементами литниковой системы и стержнями удаляются из кокиля одним или несколькими выталкивателями, которые должны выполняться из прочных сплавов, например низкоуглеродистых инструментальных сталей (У8А, У10А) и высокопрочного чугуна.

Кокили для производства мелких и средних по массе отливок с искусственным воздушным или водо-воздушным охлаждением, а также двухслойные кокили рекомендуется изготавливать из серого чугуна марок СЧ18, СЧ20, и СЧ25; кокили для производства средних и крупных отливок с водо-воздушным и воздушным охлаждением, а также кокили в двухслойном исполнении - из высокопрочного чугуна марок ВЧ 42-12 или ВЧ 45-5; кокили с жидкостенным охлаждением, а также вкладыши двухслойных кокилей - из стали марок 15Л, 15ХМЛ и Ст3.

Водоохлаждаемые кокили с анодируемой поверхностью, а также кокили с анодируемой поверхностью и естественным охлаждением целесообразно изготавливать из алюминиевых сплавов (АЛ9, АЛ12, АЛ11), а вставки и стержни, подверженные интенсивному термогидродинамическому изнашиванию, - из меди и ее сплавов, а также легированных сталей.

Классификация кокилей. В табл. 2 приведены основные разновидности кокилей с тонкослойным покрытием, а в табл.3 подразделение разъемных кокилей по конструктивному исполнению.

 

Табл.2

Признак	Разновидность
Отношение глубины рабочего гнезда к среднему габаритному размеру и поверхности разъема	1.Плоские 2.Цилиндрические
Расположение в пространстве поверхности разъема	1.Неразъемные (вытряхные) 2.С горизонтальной плоскостью разъема 3.С вертикальной плоскостью разъема 4.С комбинированной поверхностью разъема
Число рабочих гнезд	1.Одноместные 2.Многоместные
Конструктивное исполнение рабочих стенок	1.Цельные 2.Составные из элементов: унифицированных и неунифицированных
Способ охлаждения	1.С воздушным охлаждением (естественным и принудительным) 2.С жидкостным охлаждением 3.С комбинированным охлаждением (водовоздушный, чередующимся водяным, воздушным)
Способ подвода охлаждающей среды к рабочей стенке	1.Однослойные 2.Двухслойные
Материал рабочей стенки	1.С периодически наносимым защитным покрытием 2.С постоянным защитным покрытием (чугунные и стальные с плазменным напылением, алюминиевые с анодированной поверхностью)

 

Табл.3

Тип и конструкция кокиля	Область применения и конструктивные особенности кокиля
С одним горизонтальным разъемом	Для производства отливок небольшой высоты из любых сплавов. Литниковая система отсутствует или выполняется в песчаном стержне
С тремя горизонтальными разъемами	Для производства сложных высоких отливок. Литниковая система выполняется в песчаном стержне
С одним вертикальным разъемом	Для производства отливок из любых сплавов на машинах и ручных кокильных станках. Литниковая система выполняется в стенках кокиля по разъему или в песчаном стержне
С криволинейным разъемом	Для производства сложных отливок из любых сплавов. Литниковая система выполняется по разъему в стенках кокиля
Со створчатым разъемом	Для производства из цветных сплавов мелких по массе отливок, имеющих большие уклоны на поверхностях или имеющих форму тел вращения. Литниковая система выполняется по разъему в стенках кокиля
Комбинированный	Для производства из цветных сплавов сложных отливок. Собирают кокиль из нескольких частей. Литниковая система выполняется по разъему в стенках кокиля