Литье в металлические формы (кокили)

Металлические формы — кокили являются литейными формами многократного использования. Их изготавливают из стали, чугуна и алюминиевых сплавов.

По конструкции металлические формы бывают неразъемные и разъемные. Вытряхные кокили применяют для отливок, конструкция которых обеспечивает свободное удаление их из формы вместе с литниковой системой при повороте формы на 180°. Разъемные кокили делают створчатыми (рис. 1, б), с горизонтальной плоскостью разъема (рис. 1, в) и с вертикальной плоскостью разъема (рис. 1, д, е) и более сложных конструкций.

Внутренняя полость кокиля (рабочая поверхность) оформляет наружную конфигурацию отливки. Отверстия, пазы и полости в отливке выполняются при помощи стержней — обычных песчаных или металлических. При этом конструкция металлических стержней должна обеспечивать их свободное извлечение из формы после затвердевания отливки. Для того чтобы можно было извлечь сложный металлический стержень 3 (рис. 1, е), его делают составным — из трех частей.

Металлическая форма не обладает газопроницаемостью, поэтому конструкция формы должна обеспечивать удаление воздуха и газов при ее заливке. В форме наряду с выпорами предусматривают вентиляционные пробки (венты) и тонкие риски по плоскости разъема.

Металлическая форма неподатлива и оказывает сопротивление усадке отливки при затвердевании. Это затрудняет извлечение отливки из формы. Поэтому в кокилях часто предусматривают толкатели (рис.1, е).

Перед заливкой в кокиль металла рабочую поверхность кокиля окрашивают тонким слоем огнеупорной краски. Краска защищает поверхность кокиля от непосредственного контакта с жидким металлом и тем самым уменьшает износ формы. Кроме того, толщиной слоя краски можно регулировать интенсивность охлаждения отливки, так как краска менее теплопроводна, чем металлический кокиль. Окраску производят несколько раз в смену.

Полости литниковой системы, прибылей, выпоров облицовывают теплоизоляционным материалом (например, асбестом) и окрашивают более толстым слоем краски. Металл в этих каналах будет затвердевать в последнюю очередь.

Перед началом работы кокили подогревают до температуры 200—300 °С. Если перед заливкой металла форма будет холодной, то из-за большой теплопроводности формы металл потеряет жндкотекучесть раньше, чем заполнит форму. К тому же при заливке в неподогретый кокиль его поверхность при контакте с жидким металлом испытывает «термоудар», что увеличивает износ формы.

Стойкость металлической формы зависит от ее материала, температуры заливаемого сплава и массы отливки. Наименьшую стойкость имеют кокили при заливке стали 10—50 шт. при производстве крупных отливок и 400—600 шт. — мелких. При литье алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов в кокиле можно получить от нескольких тысяч до сотен тысяч отливок.

Кокильный станок

Металлические формы устанавливают на кокильных станках или механизированных кокильных машинах, которые имеют механический, пневматический или гидравлический приводы. Привод осуществляет закрывание, раскрывание, кантование кокиля, извлечение металлических стержней и выталкивание отливки.

На рис. 1 показан общий вид кокильной машины конструкции МВТУ им. Баумана. На раме / установлены две стойки 2 с пневмоцилиндрами 3 и 12. Неподвижная полуформа 10 прикреплена к плите стойки, а подвижная полуформа 8 смонтирована на стойке тележки 14, которая штоком 4 передвигается по швеллерам-рельсам 15. Металлическая форма запирается пневморычажным механизмом 6. Отрыв кокиля и металлических стержней от отливки осуществляется усилителями 5 и 13. Выталкиватели устанавливают на плите //, а стержни — на плитах 7 и 9.

При крупносерийном и массовом выпуске отливок кокильные машины монтируют на карусельные установки или конвейеры.

Литье в металлические формы имеет следующие особенности. Скорость охлаждения отливки в кокиле в несколько раз выше, чем при литье в разовые формы. Поэтому отливки получаются более плотные, с мелкозернистой структурой, что повышает механические свойства сплавов. Однако при литье чугунных отливок высокая скорость охлаждения приводит к отбелу поверхностного слоя отливки, для устранения которого необходима термическая обработка.

Повышенную интенсивность охлаждения металла в форме нужно учитывать при конструировании отливки и выборе сплавов (сплавы должны обладать хорошими литейными свойствами).

Точность размеров и чистота поверхности отливок при литье в кокиль выше, чем при литье в песчаные формы. Это позволяет в 2—3 раза снизить припуск на механическую обработку.

Литье в кокиль является производительным процессом, трудоемкость изготовления отливок в кокилях меньше, чем при литье в песчаные формы, условия труда лучше. Однако из-за высокой стоимости изготовления металлической формы литье в кокиль экономически целесообразно только в серийном и массовом производствах.

Разновидностью литья в кокиль является способ изготовления отливки в облицованных металлических формах. Внутренняя поверхность кокиля облицовывается тонкостенной оболочкой (3—5 мм) из песчано-смоляной смеси. Форма приобретает податливость и газопроницаемость. Кроме того, оболочка уменьшает отвод тепла от залитого металла, что позволяет получить чугунные отливки без отбела. Стойкость таких кокилей при заливке чугуна и стали значительно увеличивается.