Учебное пособие 800481

Рис. 2.4. Кокиль с горизонтальным разъемом

Рис. 2.3. Вытряхной кокиль для отливки опорного катка

Кокили с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 2.4) состоят из основания 1 и крышки 2. Литниковую систему в таких формах обычно изготовляют в песчаном стержне 3. После заливки и затвердевания верхнюю половину формы поднимают и отливку выбивают толкателями 4.

Полости в отливках оформляют песчаными, оболочковыми или металлическими стержнями. Кокили с песчаными или оболочковыми стержнями используют для получения отливок сложной конфигурации из чугуна, стали и цветных сплавов, а с металлическими стержнями — для отливок из алюминиевых и магниевых сплавов.

Для удаления воздуха и газов из полости формы по плоскости разъема кокиля выполняют вентиляционные каналы. Отливки из рабочей полости удаляют выталкивателями. Заданный тепловой режим литья обеспечивает система подогрева и охлаждения кокиля.

61

Рабочую поверхность кокиля и металлических стержней очищают от ржавчины и загрязнений. Затем на рабочую поверхность кокиля наносят теплозащитные покрытия для предохранения его стенок от воздействия высоких температур заливаемого металла, для регулирования скорости охлаждения отливки, улучшения заполняемости кокиля, облегчения извлечения отливки и т. д.

Теплозащитные покрытия приготовляют из огнеупорных материалов (пылевидного кварца, молотого шамота, графита, мела и др.), связующего (жидкого стекла и др.) и воды. Теплозащитные покрытия наносят пульверизатором на предварительно подогретый до температуры 140…180 °С кокиль слоем толщиной 0,3…0,8 мм.

Заключительная операция подготовки кокиля: нагрев его до температуры 150…350 °С. Температуру нагрева кокиля назначают в зависимости от сплава и толщины стенок отливки. Например, при изготовлении чугунных отливок с толщиной стенок 5…10 мм кокиль нагревают до 300…350 °С, при толщине стенок 10…20 мм — до 150…250 °С, для алюминиевых и магниевых отливок - до 250…350 °С.

При сборке кокилей в определенной последовательности устанавливают металлические или песчаные стержни, проверяют точность их установки в закрепления, соединяют половины кокиля и скрепляют их.

Заливку металла осуществляют разливочными ковшами или автоматическими заливочными устройствами. Затем отливки охлаждают до температуры выбивки, составляющей 0,6…0,8 температуры солидуса сплава, и выталкивают из кокиля. После этого отливки подвергают обрубке, очистке и в случае необходимости — термической обработке.

Все операции технологического процесса литья в кокиль механизированы и автоматизированы. Используют однопозиционные и многопозиционные автоматические кокильные машины и автоматические кокильные линии изготовления отливок.

62

Кокильное литье применяют в массовом и серийном производствах для изготовления отливок из чугуна, стали и сплавов цветных металлов с толщиной стенок 3…100 мм, массой от нескольких десятков граммов до нескольких сотен килограммов.

Чем выше стойкость кокилей, тем дешевле отливки. Стойкость чугунных кокилей составляет 5000…1000 шт. при производстве мелких и средних чугунных отливок и 500…50 шт.— при производстве крупных отливок.

При стальном литье стойкость чугунных кокилей в среднем в два раза меньше. Стойкость стальных кокилей при производстве алюминиевого литья достигает 50 000 отливок.

Затвердевание отливок происходит в условиях интенсивного отвода теплоты от залитого металла, что обеспечивает более высокие плотность металла и механические свойства, чем у отливок, полученных в песчаные формы. Кокильные отливки имеют высокую геометрическую точность размеров и малую шероховатость поверхности, что снижает припуски на механическую обработку вдвое по сравнению с литьем в песчаные формы. Этот способ литья высокопроизводителен.

Недостатки кокильного литья: высокая трудоемкость изготовления кокилей, их ограниченная стойкость, трудность изготовления сложных по конфигурации отливок.

2.4.2. Литье в оболочковые формы

При этом способе литья применяют специальную формовочную смесь, состоящую из сухого кварцевого песка, 4…8% крепителя и увлажнителя специального состава.

В качестве крепителя для оболочковых форм применяют пульвербакелит — смесь порошкообразной термореактивной смолы с техническим уротропином.

Схема получения оболочковых полуформ представлена на рис. 2.5. Металлическую плиту и модель покрывают слоем разделительного состава и загружают в печь (рис. 2.5, а) для подогрева до 180…220° С. После этого модельную плиту с

63

моделью устанавливают на бортах бункера, в котором находится формовочная смесь (рис. 2.5, б). Затем плиту и бункер опрокидывают (рис. 2.5, в) с тем, чтобы смесь песка и смолы покрыла модель и модельную плиту. По истечении 12…30 сек на модели образуется оболочка (полуформа) толщиной 6…20 мм в зависимости от времени выдержки.

Рис. 2.5. Схема получения оболочковых форм

После этого модельную плиту и бункер снова перевертывают и на плите с моделью остается полузатвердевшая оболочка (рис. 2.5, г). Снятую с бункера модельную плиту с находящейся на ней моделью и оболочкой помещают в печь, где при температуре 300…350° С в течение 1…1,5 мин оболочка окончательно отвердевает или спекается (рис. 2.5, д). После извлечения из печи затвердевшую оболочку снимают с модельной плиты (рис. 2.5, е) и охлаждают.

Готовые оболочковые полуформы склеивают быстротвердеющим клеем на специальных прессах, предварительно установив в них литейные стержни, или скрепляют зажимами (струбцинами). Форму помещают в опоку и засыпают металлической дробью или гравием для создания надежной опоры у формы. Как правило, засыпку применяют при вертикальном расположении формы.

64

Отливки имеют чистые поверхности и повышенную точность размеров. Последнее позволяет назначать отливкам малые припуски на механическую обработку (по 1…2 мм на сторону).

Этим методом можно получать стальные и чугунные отливки со стенками толщиной 3 мм, а из сплавов цветных металлов толщиной до 2 мм.

Одним из основных преимуществ литья в оболочковые формы является большая возможность механизации и автоматизации этого процесса.

Недостатком литья в оболочковые формы является высокая стоимость крепителя, оснастки и оборудования.

Минимальная серийность деталей, переводимых на литье в оболочковые формы, обычно принимается не менее 200 отливок в год. Наиболее рационально переводить на литье в оболочковые формы отливки при массовом и крупносерийном производстве.

В оболочковых песчано-смоляных формах можно отливать детали массой до 25…100 кг из любых литейных сплавов. Оболочковые формы широко применяют для производства коленчатых и распределительных валов автомобилей, цилиндров двигателей и т. д.

2.4.3. Литье по выплавляемым моделям

Особенность этого вида точного литья состоит в том, что выплавляемые модели получают запрессовкой жидкого легкоплавкого модельного состава в разъемные прессформы, в которых он затвердевает. Полученная разовая модель покрывается облицовочным материалом (керамикой). При помощи горячей воды или горячего воздуха, нагретого до 80 °С, модельный состав выплавляется из керамической формы. Изготовленная форма закладывается в опоку и прокаливается в печи при 900 °С, а затем заполняется жидким металлом.

В массовом и крупносерийном производстве применяют стальные прессформы, в которых можно изготовить модели

65

для получения отливок с высокой точностью размеров и высоким классом чистоты поверхности. В такой прессформе производят обычно сотни тысяч моделей.

Для изготовления моделей в мелкосерийном производстве применяют прессформы, изготовленные из легкоплавких сплавов (оловянно-свинцовистых). Точность размеров и чистота поверхности заготовок, отлитых по моделям, полученным в этих прессформах, ниже, чем в стальных прессформах.

Для изготовления моделей в единичном или мелкосерийном производстве отливок по выплавляемым моделям применяют гипсовые или цементные прессформы, изготовленные по эталону отливки.

Разовые выплавляемые модели изготовляют в прессформах из модельных составов, состоящих из двух или более легкоплавких компонентов (парафина, стеарина, жирных кислот, церезина и др.).

Такая смесь должна обладать хорошей жидкотекучестью при 60…80 °С и давать модели с чистой поверхностью, обладающей способностью хорошо смачиваться огнеупорным покрытием.

Расплавленная до тестообразного состояния модельная масса набирается в специальный шприц и запрессовывается в полость прессформы под давлением. Мелкие модели готовят в многогнездных прессформах в виде модельных звеньев, состоящих из нескольких одинаковых моделей и элементов литниковой системы.

Модельные звенья собирают в блоки с общей литниковой системой. В один блок объединяют от 2 до 100 моделей.

Формы по выплавляемым моделям изготовляют погружением модельного блока в керамическую суспензию с последующей обсыпкой кварцевым песком в специальной установке. Затем модельные блоки сушат 2…2,5 ч на воздухе или 20…40 мин в среде аммиака. На модельный блок наносят четыре — шесть слоев огнеупорного покрытия с последующей сушкой каждого слоя.

66

Модели из форм удаляют выплавлением в горячей воде. После извлечения из ванны оболочки промывают водой и сушат в шкафах в течение 1,5…2 ч при температуре 200 °С. Затем оболочки ставят вертикально в жаростойкой опоке, вокруг засыпают сухой кварцевый песок и уплотняют его, после чего форму направляют в электрическую печь, в которой ее прокаливают не менее 2 ч при температуре 900…950 °С. Формы сразу же после прокалки (горячими) заливают расплавленным металлом из ковша.

После охлаждения отливки выбиваются из формы и они проходят процесс очистки.

Обеспечивается получение отливок с высокой точностью геометрических размеров и малой шероховатостью поверхности, что значительно снижает объем механической обработки отливок. Припуск на механическую обработку составляет 0,2…0,7 мм. Заливка расплавленного металла в горячие формы позволяет получать сложные по конфигурации отливки с толщиной стенки 1…3 мм и массой от нескольких граммов до нескольких десятков килограммов из жаропрочных труднообрабатываемых сплавов (турбинные лопатки), коррозионно-стойких сталей (колеса для насосов), углеродистых сталей в массовом производстве (в автостроении, приборостроении и других отраслях машиностроения).

2.4.4. Литье под давлением

Данный способ представляет собой машинное литье металла в металлические формы под избыточным давлением (до 300 Мпа). Изготовляют отливки на машинах литья под давлением с холодной или горячей камерой прессования. В машинах с холодной камерой прессования камеры прессования располагаются либо горизонтально, либо вертикально.

Последовательность работы одной из машин для литья под давлением показана на рис. 2.6. Камерой прессования машины служит расположенный горизонтально цилиндр 2, соединенный с неподвижной полуформой 6. Металл, залитый в ка-

67

меру прессования (рис. 2.6, а), запрессовывается прессующим поршнем 1 (плунжером) в форму (рис. 2.6, б). Неподвижная часть 6 пресс-формы прикрепляется к неподвижной плите машины 7. При открытии прессформы ее подвижная часть отходит влево. Так как усилие прессования не снимается, то при отходе прессформы поршень смещается влево, и из камеры прессования 2 выталкивается прессостаток 3 (рис. 2.6, в). При этом упорный палец 8 останавливает толкатель 9, и плита с выталкивателями 4 снимает отливку со стержня 5 (рис. 2.6, г). После обдувки сжатым воздухом и покрытия смазкой прессформа закрывается, и процесс повторяется. Благодаря давлению на металл после затвердевания отливки получаются с очень чистой поверхностью и точными размерами. Эти отливки подвергаются лишь незначительной механической обработке или подают на сборку без обработки.

Рис. 2.6. Схема процесса литья под давлением:

а — закрытие прессформы и заливка сплава в камеру сжатия (прессования); б — запрессовка металла

в прессформу; в — выдержка под давлением (3…30 сек) и раскрытие пресс-формы; г — выталкивание отливки

68

Такие машины применяют для изготовления отливок из медных, алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов массой до 45 кг.

При литье под давлением внутренние полости отливок и отверстия выполняют металлическими стержнями.

На машинах с горячей камерой прессования камера прессования расположена в обогреваемом тигле с расплавленным металлом. Такие машины используют при изготовлении отливок из цинковых и магниевых сплавов массой от нескольких граммов до 25 кг. При литье под давлением температуру заливки сплава выбирают на 10…20 °С выше температуры ликвидуса.

Литье под давлением используют в массовом и крупносерийном производствах отливок с минимальной толщиной стенок 0,8 мм, с высокой точностью размеров и малой шероховатостью поверхности, без механической обработки или с минимальными припусками, что резко сокращает объем механической обработки отливок.

Недостатки литья под давлением — высокая стоимость пресс-форм и оборудования, ограниченность габаритных размеров и массы отливок, наличие воздушной пористости в массивных частях отливок, снижающей прочность деталей, и др.

2.4.5. Литье с кристаллизацией под давлением

Данный способ обеспечивает получение плотных заготовок с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных свойств и с небольшими припусками на механическую обработку.

Сущность способа литья с кристаллизацией под давлением (ЛКД) заключается в заливке металла в пресс-форму до определенного уровня, а затем его выжимают в полость формы пуансоном со скоростью 0,1…0,5 м/с. Заливку осуществляют при температуре, превышающей ликвидус сплава на 20…100 °С. С помощью пуансона окончательно оформляются

69

контуры отливки и производится ее уплотнение (выдержка под давлением) до полного затвердевания.

Для сплавов с пределом прочности ζв до 250 МПа минимальное давление прессования Рн = 100…150 МПа, а при

ζв > 550 МПа Рн = 200…250 МПа.

Высокие скорости кристаллизации и механическое воздействие обеспечивают формирование мелкокристаллической структуры и устранение газо-усадочной пористости. Снижение степени развития ликвационных процессов способствует более равномерному распределению неметаллических включений. Все это приводит к повышению плотности и комплекса механических свойств металла отливок: увеличению прочности (в 1,5 раза), пластичности и ударной вязкости (в 2…4 раза); по свойствам такие отливки приближаются к поковкам.

В процессе литья с кристаллизацией под давлением реализуются различные схемы деформирования.

Способом ЛКД получают простые и сложные по конфигурации заготовки из сплавов на основе цветных металлов (алюминия, магния, меди, цинка), а также стали и чугуна. При этом могут быть использованы как литейные, так и деформируемые сплавы.

Основными недостатками способа ЛКД являются большая трудоемкость изготовления и высокая стоимость прессформ литья.

2.4.6. Литье вакуумным всасыванием

Литье (заливка) вакуумным всасыванием заключается в заполнении формы металлом за счет создаваемого в ней вакуума. При данном способе литья полость формы заполняется за счет перепада давлений от атмосферного (над зеркалом расплава) до пониженного — 10…80 кПа (в полости формы).

Высокая заполняемость форм расплавом позволяет получать тонкостенные отливки толщиной 1 мм и менее.

Литье вакуумным всасыванием способствует формированию мелкозернистой структуры, а также повышению герме-

70