705

а)

б)

Рис. 2.3. Устройство коллекторной литниковой системы:

а — вид по разъему кокиля после заливки; б — вид сверху на отливку с литниковой системой половины кокиля не показаны; 1 — отливка; 2 — прибыль; 3 — выпор; 4 — заливочная воронка; 5 — стояк; 6 — коллектор; 7 — половина кокиля; 8 — плита; 9 — питатели (4 шт.)

а)

б)

Рис. 2.4. Устройство неразъемного кокиля (а) и схема дождевой литниковой системы: б — вид сверху; 1 — песчаный стержень, образующий полость в отливке; 2 — заливочная чаша с дождевыми питателями (8 шт.); 3 — кокиль; 4 — цапфы (2 шт.); 5 — полость отливки; 6 — отверстие с установленной в нем вентиляционной пробкой

21

Отличительнойособенностьюкокиляявляетсяегогазонепроницаемость. Для вывода газов из полости отливки в стенках кокилявыполняютотверстия,вкоторыевставляютвентиляционные пробки. Отверстия выполняют цилиндрической формы, а пробки в виде шестигранника или цилиндра с нарезками на боковой поверхности. После запрессовки пробки в вентиляционное отверстие образуются зазоры, размеры которых малы для проникновения в них жидкого металла, но достаточны для выхода газов (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Устройство вентиляции кокиля (а) и типы вентиляционных пробок — цилиндрических с прорезями на боковой поверхности (б) и шестигранных (в): 1 — стенка кокиля; 2 — пробка

Прорези глубиной до 0,5 мм или щели глубиной 0,2–0,3 мм иногда выполняют по разъему в половинах кокиля.

Минимальные толщины стенок и диаметры отверстий, получаемые в отливках при литье в кокиль, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Минимальные толщины стенок отливок и диаметры отверстий в отливках при литье в кокиль

	Материал	Площадь	Минимальная тол-	Минимальный диаметр
	отливки	поверхности, см2	щина стенок, мм	отверстий, мм
	Чугун	До 25	4–6	10
		25–125	6–7
	Сталь	25–125	8–10	12
	Алюминиевые	100–250	2,2–4,0
		250–900	2,5–4,5	8
	сплавы
		Более 900	3,5–5,5

22

Общую площадь всех щелей вентиляции кокиля принимают в 1,25 раза больше площади сечения нижнего основания стояка.

Металлическиеформынеподатливы,ихвыступающиечастии металлические стержни обжимаются охлаждающейся отливкой, что способствует образованию трещин в отливках, поэтому подрыв металлическихстержней (частичное извлечениеиз полости отливки) производят сразу же после образования твердой корки металла, не ожидая конца ее затвердевания, а разъем кокиля производят, не ожидая ее полного охлаждения.

Чем раньше произведен разъем кокиля, тем меньше вероятность образования трещин в отливках, выше стойкость кокиля и требуется меньше усилие для подрыва стержня и разъема кокиля.

Для подрыва металлических стержней и разъема кокиля применяютразличныемеханизмысреечным, винтовым,пневматическим или гидравлическим приводом.

Схема гидравлического кокильного станка показана на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема кокильного станка с гидравлическим приводом:

1 — отливка; 2 — металлический стержень; 3 — половинка кокиля; 4 — плита; 5 — гидроцилиндр разъема кокиля; 6 — гидроцилиндр подрыва металлического стержня; 7 — рама стяжки кокильного станка; 8 — соединительная муфта; 9 — хвостовик металлического стержня; 10 — плита кокиля; 11 — плита кокильного станка

Металлические формы обладают высокой теплопроводностью,теплоемкостьюиплотностью,поэтомуихтеплоаккумулирующаяспособностьbк значительнобольшетеплоаккумулирующей способности песчаной формы bф (bк >> bф), например, у кокиля из чугуна bк 14000 Вт∙с1/2/м2∙с, а у песчано-глинистой формы bф 1400.

23

Благодаря высокойтеплоаккумулирующейспособностикокиля сокращаетсявремя затвердевания отливок (время затвердевания обратно пропорционально bср) и они имеют плотную, мелкозернистую структуру с повышенными механическими свойствами по сравнению с отливками, изготовленными в песчаных формах,однакозаполняемостьтонких стенокприэтомуменьшается.

Прилитьевкокиль,посравнениюслитьемвпесчаныеформы, возрастает разница между временем затвердевания тонких и толстых стенок, что может привести к образованию трещин в отливках.

Для предупреждения приваривания металлов с высокой температурой плавления к поверхности кокиля, обеспечения заполняемости тонких стенок, предотвращения образования трещин и получение чистой поверхности отливок без спаев и неслитин на рабочую поверхность кокиля, образующую отливку каналы и полости элементов литниковой системы, наносят огнеупорные теплоизолирующие покрытия и регулируют температуру кокиля.

Составы огнеупорных покрытий кокилей для алюминиевого литьяприведенывтабл.2.2.Передокраскойкокиляегоочищают от старой краски и нагревают до температуры 120–150 °С.

Таблица 2.2

Составы огнеупорных покрытий кокилей для алюминиевого литья

	Компонент	Массовая доля, %	Область применения
	Окись цинка	4,0–6,0
	Жидкое стекло	1,5–2,0	Рабочие поверхности кокиля
	Вода	Остальное
	Мел	10–12	Рабочие поверхности кокиля
	Жидкое стекло	4–6	толстослойных отливок и
	Вода	Остальное	литниковой системы
	Асбест (порошок)	7–8
	Мел	17–18	Поверхности прибылей и литников
	Жидкое мыло	3–4
	Вода	Остальное
	Коллоидальный	4–6	Трущиеся поверхности кокиля
	графит
	Вода	Остальное

Температуру кокиля регулируют путем нагреваего под заливку и охлаждения в процессе заливки (табл. 2.3).

24

Таблица 2.3

Рабочая температура кокилей для литья алюминиевых сплавов

	Стенки отливки, мм	Температура кокиля, °С
		начальная	рабочая
	До 6 мм	150–250	300–470
	Более 6 мм	120–250	200–350

Применяют следующие методы регулирования температуры (охлаждения) кокиля:

—для повышения теплоотдачи кокиля увеличивают площадь его наружной поверхности установкой ребер или штырей охлаждения;

—обдуваютнаружную поверхностькокиля струейхолодного воздуха;

—в стенках кокиля выполняют полости для подачи охлаждающей жидкости (воды, масла и др.).

Технологический процесс литья в кокиль включает следующие этапы: подготовку кокиля; приготовление литейного сплава

вплавильной печи и перелив его в раздаточную печь; заливку кокиля и маркировку отливок, отрезку литниковой системы и выбивкупесчаныхстержней;обрубку,термообработку,очистку, контроль отливок и сдачу их в механический цех.

Примеры отливок, изготовленных литьем в кокиль, приведены на рис. 2.7 и 2.8.

Рис. 2.7. Отливка в кокиль из алюминиевого сплава АМг10ч

25

Рис. 2.8. Отливка из алюминиевого сплава АК7ч

Контрольные вопросы

1.Дайте определение специальному виду литья — литью в кокиль.

2.Приведите основные свойства кокиля как литейной формы.

3.Перечислите методы регулирования температурного режима кокиля.

4.Как обеспечивают вывод газов из кокиля при заливке?

5.Для чего производят окраску кокиля?

6.Что делают для предупреждения трещин в отливках при литье в

кокиль?

3. ЛИТЬЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Литье под давлением (ЛД) — это специальный вид литья металлов, когда заполнение металлической формы (пресс-фор- мы)производятподмеханическимдавлениемпоршнянажидкий металл в камере прессования машины.

Общий вид, устройство пресс-формы и схема процесса литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования показаны на рис. 3.1.

В начале процесса литья под давлением полость цилиндра камеры прессования с одной стороны закрыта поршнем, а с другой соединена с полостью отливки посредством литниковой системы. После заливки жидкого металла в камеру прессования он растекается по ее объему и не может самопроизвольно заполнить полость отливки, так как она расположена выше уровня расплава.

26

а)

б)

в)

Рис. 3.1. Общий вид, устройство пресс-формы и этапы процесса литья под давлением на машинах с холодной горизонтальной камерой прессования: заливка жидкого металла в камеру прессования (а); заполнение полости формы (б); извлечение отливки (в); 1 — неподвижная половина формы; 2 — заливочное окно в верхней части камеры прессования; 3 — камера прессования цилиндрической формы (стакан); 4 — прессующий поршень; 5 — литниковый канал, являющийся продолжением камеры прессования, выполненный в неподвижной половине формы; 6 — отливка; 7 — толкатели для извлечения отливки из подвижной половины формы; 8 — подвижная половина формы

Заполнение полости отливки обеспечивается воздействием давления поршня на жидкий металл в камере прессования. Процесс литья под давлением можно разделить на три стадии: холостого хода поршня, заполнения полости отливки и подпрессовки.

Холостой ход поршня включает его разгон, перекрытия заливочного окна вплоть до момента, когда жидкий металл заполнит

27

объем камеры прессования по всему сечению, при этом воздух из камеры прессования вытесняется в полость пресс-формы.

Заполнение полости пресс-формы начинается с поступления металла в литник и заканчивается остановкой поршня после заполнения отливки.

При подпрессовке включением мультипликатора почти мгновенно увеличивают давление в гидроцилиндре прессования. Давление подпрессовки расходуется на сжатие газовых включений в отливках и повышение их плотности.

Степень сжатия газовых включений Vг/Vотл колеблется в пределах (1,3…5)10–3, следовательно, абсолютный ход поршня при подпрессовке практически приближается к нулю.

Степень сжатия газовых включений зависит от давления подпрессовки, которое может составлять от 50 до 500 МПа, и отношения толщины питателя п к толщине отливки отл, которое

изменяют в пределах п 0,5…0,3.

отл

Впроцессе подпрессовки на подвижную половину прессформы действует давление металла, которое превышает давление прессования в несколько раз и пропорционально площади проекции отливки вместе с литниковой системой, которое определяется по разъему прессформы.

Для того чтобы не произошло размыкание пресс-формы по разъему, машины литья под давлением снабжены гидравлическими механизмами запирания форм.

Внастоящее время выпускают машины для изготовления отливок с максимальной площадью проекции отливки от 340 до 3800 см2, массой алюминиевых отливок до 42 кг, давлением прессования от 40 до 300 МПа и усилением запирания от 1600 до

50000 кН.

Выдержкаотливоквпресс-формепосле заливки составляетот долей до нескольких секунд. После этого происходит разъем пресс-формы и ее обратный ход, при котором с помощью выталкивающего устройства посредством толкателей удаляется отливка.

Наличие выталкивающего устройства с толкателями в подвижной половине пресс-формы позволяет получить отливки с

28

минимальными уклонами 10–30° на наружных и 30 –2° на внутренних поверхностях.

Литьем под давлением можно получать отливки толщиной 2– 4 мм сложной конфигурации при давлении прессования 40 МПа из всех видов цветных сплавов без или с минимальным припуском на механическую обработку 0,3–0,7 мм.

Литье под давлением характеризуется высокой производительностью и высокой степенью автоматизации, поэтому 40 % всего объема алюминиевого литья в мире производят методом ЛД.

Экономическая эффективность ЛД из-за высокой стоимости пресс-форм определяется объемом производства сплава: оно должно быть массовым. Стойкость пресс-форм зависит от сложностиотливокитемпературызаливкилитейногосплава(табл. 3.1).

				Таблица 3.1
	Температура заливки, температура форм и их стойкость
	Сплав	Температура заливки,	Температура	Стойкость пресс-форм
		°С	форм, °С
	Цинковый	420–550	120–220	200000–250000
	Алюминиевый	600–720	140–285	200000–500000
	Магниевый	660–770	140–285	200000–500000
	Медный	960–990	250–350	5000–15000

Для получения качественных отливок, предупреждения приваривания отливок и повышения стойкости пресс-форм производят их смазку. Наилучшей смазкой для пресс-форм при литье алюминиевых сплавов являетсяпчелиный воск. В автоматизированном производстве применяют различные СОЖ — смазывающие охлаждающие жидкости, содержащие в качестве дисперсионной среды касторовое масло, индустриальное масло, керосин и др. с добавками высокодисперсных порошков графита, алюминиевой пудры и т.п.

Для удаления воздуха и газов из полости отливки по разъему пресс-формы выполняют щели глубиной 0,08–0,12 мм и шириной не более 30 мм, кроме того, с противоположной стороны от литника делают специальные полости — промывники, куда попадают первые порции металла, содержащие большое количество газов.

Количество газов в отливке зависит от скорости впуска металла.

29

Скорость впуска — это скорость движения жидкого металла на входе в полость формы, т.е. в месте присоединения питателя к отливке.

Скорость впуска vвп зависит от скорости прессования vпр, т.е. скорости движения поршня в камере прессования на стадии заполнения формы и от площади сечения питателя Fп на входе в полость отливки.

Различают три основных режима движения потока расплава

вполости формы: ламинарный, сплошной турбулентный и дисперсный турбулентный, которые определяются скоростью впуска.

При скоростях впуска менее 1 м/с реализуется ламинарный режим, поток жидкого металла вытесняет воздух и можно получить плотные отливки, однако заполняемость форм падает и повышается шероховатость отливок.

Сплошной турбулентный поток сохраняется при скоростях впуска от 1 м/с до 15 м/с, при этом происходит замешивание воздухав жидкий металл и снижение прочности и герметичности отливок.

При скоростях выше 20 м/с заполнение форм происходит при дисперсном турбулентном режиме потока жидкого металла,

врезультате происходит хорошее заполнение тонкостенных крупногабаритных отливок, повышается их точность и снижается шероховатость поверхности.

Примеры алюминиевых отливок, изготовленных литьем под давлением, приведены на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Отливки, изготовленные литьем под давлением

30